北大赵清最新：适用于PSCs高耐受性制造的结晶激活型防潮屏障体系

主要内容

在退火过程中，水分虽能促进钙钛矿结晶，但这种促进作用仅在极为狭窄的湿度范围内有效，这极大地限制了钙钛矿太阳能电池（尤其是甲脒基碘化铅钙钛矿太阳能电池）的稳定大规模生产。为攻克这一关键难题，由北京大学赵清教授和新加坡国立大学Luo,Xiao教授带领的科研团队，在钙钛矿薄膜中创新性地引入了一种“结晶激活型防潮屏障”。

该屏障在初始退火阶段可呈现液态/结晶相，能够允许水分进入薄膜内部，进而助力结晶过程；随后，水分向上迁移，并在薄膜表面形成一层致密的疏水层，可有效保护钙钛矿免受高湿度环境的损害。这种“防潮屏障”显著增强了钙钛矿薄膜制造过程对湿度的适应性，使其在20%至90%以上的宽范围相对湿度条件下均能实现稳定制备。此外，该屏障还具备调控体相结晶和钝化表面缺陷的双重功能。结晶激活型防潮屏障有效降低了钙钛矿薄膜在退火过程中对湿度的敏感性，为制造高耐受性钙钛矿光伏器件提供了有力保障。

总之，在本研究中，赵清教授与Luo,Xiao教授团队构建了一种结晶激活型防潮屏障，成功克服了空气退火阶段水分对钙钛矿薄膜的“双刃剑”效应。在初始退火阶段，十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）存在于薄膜内部，助力水分辅助结晶；退火完成后，DTAB迁移至薄膜表面，形成疏水屏障。这一策略使得在不同湿度条件下，甚至在季节性湿度波动导致的极端高湿度环境（93%相对湿度）中，都能制备出高质量的钙钛矿薄膜。此外，得益于其缺陷钝化能力和疏水性，该屏障分子可作为抵御水分的强效防护层，使优化后的钙钛矿薄膜在光照、高温和高湿度条件下的稳定性得到显著提升。优化后的钙钛矿太阳能电池（PSCs）光电转换效率（PCE）高达25.33%，填充因子（FF）为84.93%。未封装的器件展现出卓越的长期稳定性，在湿热条件（ISOS-D-3）下老化350小时后，仍能保持初始PCE的84.9%；在ISOS-D-1条件下老化2602小时后，仍能保持初始PCE的94.6%。

本研究大幅提升了钙钛矿太阳能电池制备工艺对高湿度的耐受性，有效减轻了季节性湿度波动对制备过程的影响，对加速稳定钙钛矿光伏器件的工业化大规模生产具有重要的推动意义。

文献信息

Crystallization-activated moisture barrier for high-tolerance manufacturing of perovskite solar cells

Yabin Ma , Chao Luo , Changling Zhan, Keli Wang , Jiandong He, Peng Gao, Zhuye Bi, Yingzhuang Ma, and Qing Zhao

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady5703