中间态的形成拓宽了溶液处理钙钛矿太阳能电池的室温工艺窗口

主要内容：

溶液加工的钙钛矿材料在光伏领域因其低成本和高产量的潜力而备受瞩目。然而，高质量钙钛矿薄膜的制备往往受限于严格的加工条件，这对大规模生产的可靠性构成了挑战。本研究聚焦于旋涂过程中的初始成核阶段，发现其对薄膜质量具有决定性影响，且这一过程对环境温度高度敏感，与中间相形成的有效性紧密相关。

传统观点通常认为，中间相通过暂时消耗前驱体离子来调节初始成核。香港城市大学曾世荣（Prof. TSANG Sai Wing）教授、吴韬 （Tom Wu）教授和任广禹（Alex K.-Y. Jen）教授及其研究团队进一步揭示，中间相在确保高薄膜质量方面发挥着更为关键的作用。它能够通过空间上分离晶核来有效减轻热激活导致的晶核聚集现象。为了稳定这一强配位的中间相，该团队引入了二甲基丙二醇胺（DMPU）作为溶剂添加剂，使其在较宽的温度范围内能够抵抗解离。

在旋涂和退火步骤中，DMPU稳定的中间相不仅控制了前驱体离子的释放速率，更重要的是防止了晶核的过度聚集，从而确保了均匀的成核过程。通过优化溶剂中DMPU的比例，成功在22至28°C的广泛环境温度范围内制备了光电转换效率（PCE）超过24%的钙钛矿太阳能电池（PSCs）。这一发现不仅显著提升了钙钛矿太阳能电池的可靠性，还加深了对溶液加工钙钛矿薄膜中相作用机制的理解。

综上所述，本研究揭示了基于甲脒（FA）的钙钛矿中狭窄的环境温度加工窗口的根源在于溶液加工过程中的热激活晶核聚集。通过添加DMPU溶剂形成稳定的中间相，成功拓宽了加工窗口，提高了钙钛矿薄膜的质量和可重复性，同时保持了高效率。这一成果显著增强了钙钛矿太阳能电池技术在低成本和大规模生产中的竞争力，为未来的商业化应用奠定了坚实基础。

文献内容：

Intermediate State Formation Extends the Ambient Temperature Processing Window of Solution-Processed Perovskite Solar Cells

Yunfan Wang,Zhuoqiong Zhang,Zixin Zeng,Yuxuan Zhang,Tianli Hu,Leyu Bi,Yajie Yang,Shanchao Ouyang,Xia Hao,Chenjie Xu,Yuanhang Cheng,Hanlin Hu,Alex K.-Y. Jen,Johnny C. Ho,Tom Wu,Sai Wing Tsang

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.4c03119?articleRef=control