华北电力、EPFL、复旦合作AM：模拟工业化钙钛矿FAPbI₃微晶制备过程!

钙钛矿太阳能电池被认为是最有希望颠覆传统硅电池的下一代光伏技术，其中甲脒碘化铅（ FAPbI3）因其理想的带隙和优异的载流子输运性能，被视为冲击超高效率的核心材料。然而，FAPbI3 的“黑相”在空气中极不稳定，前驱体溶液易降解、成膜过程高度敏感，导致器件效率虽高却难以重复，更难以放大到实际应用尺度。过去十余年，大量研究围绕添加剂、溶剂和界面工程展开，试图“修补”成膜过程，但一个更根本的问题长期被忽视：如果前驱体本身不稳定、结构不可控，再精细的成膜工艺也只是治标不治本。

在此，华北电力大学姚建曦教授，洛桑联邦理工费兆福博士/Paul J. Dyson教授和复旦大学张鸿教授 从“前驱体源头”出发，通过聚合物介导的 α-FAPbI3 微晶合成与再溶解策略，重构了钙钛矿的结晶起点，实现了空气中可规模化制备的高质量钙钛矿薄膜，并在效率、稳定性和大面积器件性能上同时取得突破。相关成果以 “Scalable Fabrication of High-Efficiency Thin-Film Perovskite Solar Cells in Air via Polymer-Mediated Synthesis of α-FAPbI3 Microcrystals” 为题发表在《

Advanced Materials

PPG 介导的 α-FAPbI 3 微晶合成：实现长期空气稳定

作者通过在 逆 温结晶（ ITC ）过程中引入少量聚丙二醇（ PPG ），成功制备出 表面被 PPG 修饰的 α-FAPbI 3 微晶 。该策略显著增强了 Pb² ⁺ 与氧原子之间的配位作用，使微晶在 常温、空气环境中可稳定保存超过 6 个月而不发生相变或分解 。更重要的是，该方法可使用 低纯度 PbI 2 原料 ，在单批次中实现近 50 g 级别 的 α-FAPbI 3 微晶合成，产率超过 95% ，从材料源头上显著降低了成本，并满足大面积组件制备需求。

微晶再溶解诱导的协同结晶调控机制

不同于传统 “ 盐类直接溶液旋涂 ” 的制膜路线，作者采用 微晶再溶解策略 制备钙钛矿前驱体溶液。实验表明， PPG 修饰的 α- FAPbI ₃ 微晶在 DMF/DMSO 体系中再溶解后，会形成尺寸更大的胶体物种，这些胶体在薄膜成核与生长过程中发挥关键调控作用。

原位 GIWAXS 与原位 PL 结果清楚表明，该策略能够：显著抑制 δ- FAPbI ₃ 中间相的形成 ， 加速 α- FAPbI ₃ 的直接成核 ， 诱导晶体沿 (100) 晶面优先生长

从而获得 结晶度更高、取向更一致、残余应变更低、缺陷密度显著降低 的高质量钙钛矿薄膜。

器件性能： 26.5% 实验室效率与高效大面积组件

基于上述高质量薄膜，作者构筑的常规结构 PSC 在实验室小面积器件（ 0.06 cm² ）上实现了 26.50% 的光电转换效率（认证效率 26.22% ） ，同时获得了高达 1.214 V 的开路电压 ，属于 FAPbI ₃ 体系中的领先水平。

在大面积器件方面，利用该策略制备的钙钛矿太阳能组件在 28.99 cm² 的有效面积上实现了 22.66% 的转换效率 ，展现出优异的均匀性与工艺可扩展性。

稳定性表现：长寿命微晶 + 器件双重优势

得益于 PPG 对 Pb² ⁺ 缺陷的有效钝化、晶格应变的释放以及薄膜疏水性的提升，所得器件展现出卓越的长期稳定性：未封装器件在 1% 相对湿度、 25 °C 条件下储存 2880 小时 后，仍保持 92.6% 初始效率 ， 在热稳定（ 85 °C ）与高湿环境下，性能衰减显著优于对照样品 ， 即便使用 存放 6 个月的微晶原料 制备器件，效率几乎无明显下降，证明其对工业存储与运输高度友好 。

小结与意义

本工作提出了一种 “ 聚合物稳定微晶 + 再溶解调控结晶 ” 的全新钙钛矿制备范式，不仅从机理层面阐明了聚合物 - 钙钛矿之间的配位与成核调控机制，而且在工程层面同时解决了 材料稳定性、空气制备、成本控制与大面积制造等关键问题。

该研究为钙钛矿太阳能电池从实验室走向规模化生产提供了具有现实可行性的解决方案，也为未来高效率、长寿命钙钛矿光伏技术的商业化奠定了坚实基础。

参考文献：

https://doi.org/10.1002/adma.202522508