近日，我院有機(jī)鈣鈦礦光伏技術(shù)團(tuán)隊(duì)在刮刀塗布鈣鈦礦光伏研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)工作“Synergistic Effect of H⁺and I^?Oxidation Enables Long-Term Stability of the Precursor Solutions and Enhanced Performance of FA-Dominated Perovskite Solar Cells.”和“Suppressing the phase separation in FAMA mixed perovskite solar cells via the preloading of A site cations within the lattice.”以BETVLCTOR偉德官方網(wǎng)站為第一單位分別發(fā)表在國際期刊《Advanced Functional Materials》（2024,DOI:10.1002/adfm.202411183）和《Chemical Engineering Journal》（2024,DOI:10.1016/j.cej.2024.154612）。碩士研究生尹松、焦學(xué)緯、劉旭東、劉明軒為論文共同第一作者，孔偉光教授和楊少鵬教授為共同通訊作者。

鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中存在複雜的化學(xué)演化，使得MA在FAMA混合體系鈣鈦礦中的作用還遠(yuǎn)未被完全了解。作者研究闡明了過量的H⁺促進(jìn)了以FA為主的鈣鈦礦中MA和FA組分的平衡和快速組裝，并阻礙了前驅(qū)體溶液中MA和FA之間的親核反應(yīng)引起的不利化學(xué)演化，而I^?氧化加速了鈣鈦礦的原位結(jié)晶。利用這種協(xié)同效應(yīng)，團(tuán)隊(duì)成功制造了具有任意可調(diào)x值的厘米級(jí)FA_xMA_(1-x)PbI₃單晶。此外，引入過氧乙酸作為添加劑，使用刮刀塗布工藝制備的FA_0.9MA_0.1PbI₃鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）實(shí)現(xiàn)了23.7%的效率。該效率是迄今為止使用刮刀塗布工藝同時(shí)FA含量超過90%的最高值之一。本研究中開發(fā)的優(yōu)化解決方案實(shí)現(xiàn)了卓越的穩(wěn)定性，使其可以在空氣條件下儲(chǔ)存超過2個(gè)月，而電池效率不會(huì)明顯下降。

將MA作為摻雜劑對(duì)于穩(wěn)定α相FAPbI₃的晶格結(jié)構(gòu)非常有利，但隻有在MA摻雜水平較高的情況下才能實(shí)現(xiàn)均勻的相混合，這極大影響了以FA為主的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的效率和穩(wěn)定性。作者研究闡述了在FAMA混合鈣鈦礦的成核階段，MA⁺與FA⁺相比，在與PbI₃^-的反應(yīng)中表現(xiàn)出顯著的動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢。MAPbI₃的快速結(jié)晶不僅會(huì)誘導(dǎo)FA-MA分離，而且會(huì)因體積龐大的FA⁺離子誘導(dǎo)的應(yīng)變而阻礙鈣鈦礦的結(jié)晶。作者通過引入FA_0.8MA_0.2PbI₃單晶作為制備前驅(qū)體溶液的材料源，從而在晶格穩(wěn)定性和帶隙（Eg=1.54eV）之間實(shí)現(xiàn)了微妙的平衡。預(yù)先進(jìn)入到PbI₃^-骨架內(nèi)的A位陽離子通過刮刀塗布使得以FA為主的鈣鈦礦薄膜暴露在空氣環(huán)境中保持了一年以上的相穩(wěn)定性，最終的PSCs（0.09cm²）實(shí)現(xiàn)了23.66%的轉(zhuǎn)換效率，躋身于刮刀塗布PSCs的最高效率記錄之列。該結(jié)果為進(jìn)一步制備更高性能、更穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池提供了新思路。

以上工作均得到了國家自然科學(xué)基金(No. 62274055,No. 61904048)、河北省自然科學(xué)基金、河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（No. F2021201017）等項(xiàng)目的資助，以及BETVLCTOR偉德官方網(wǎng)站物理學(xué)院公共測試中心的大力支持。

論文鍊接：https://doi.org/10.1002/adfm.202411183

                 https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154612