北京
上海交通大学赵一新、缪炎峰与瑞典林雪平大学高峰等人研究发现，将铯离子（Cs⁺）掺入钙钛矿构筑FACsPbI₃等混合阳离子钙钛矿体系，虽有望提升材料热稳定性，但往往受限于FACsPbI₃内部阳离子分布不均所诱发的相偏析问题——这也是制约混合阳离子钙钛矿性能提升的关键瓶颈之一。为此，团队创新性提出一种晶种辅助阳离子交换策略，有效破解了这一技术难题，成功制备出阳离子分布均匀的FACsPbI₃钙钛矿薄膜，可直接应用于高效、高稳定光伏器件的构筑。
研究采用两步制备工艺，首先在基底表面制备CsₓPbIₓ₊₂钙钛矿晶种层，随后在其上沉积FAPbI₃薄膜，依托晶种层精准调控FACsPbI₃的晶体成核与生长行为，有效避免了非钙钛矿相的生成与缺陷积累。在系列CsₓPbIₓ₊₂晶种材料中，零维Cs₄PbI₆表现出最优调控效果：既能推动阳离子均匀交换，又可抑制黄色非钙钛矿相析出，最终实现铯元素在薄膜内的全域均匀分布，显著提升薄膜结晶质量。
基于所制备的高品质均质FACsPbI₃钙钛矿薄膜，团队成功研制出5 cm × 5 cm钙钛矿小型模组，其认证光电转换效率达22.45%；同时，该晶种辅助阳离子交换策略还可有效优化钙钛矿层与电子传输层（ETL）之间的埋底界面，减少界面缺陷与非辐射复合损失，据此开发的柔性钙钛矿太阳能电池（PSCs），经认证的稳态输出效率高达23.36%，展现出优异的实际应用潜力。
该工作所建立的晶种辅助阳离子交换策略，不仅可稳定制备组分均一、性能优异的FACsPbI₃钙钛矿薄膜，还为CsₓPbIₓ₊₂（x = 1、2、4）相对钙钛矿结晶行为及薄膜最终品质的影响机制，提供了重要的理论与实验依据。具体而言，预先沉积的CsₓPbIₓ₊₂晶种可加快结晶动力学速率、诱导α相FACsPbI₃择优形成——α相作为钙钛矿光伏器件的有效活性相，其形成可显著提升器件光电性能，并通过固态阳离子交换构建规整均一的薄膜结构；通过精准调控底层CsₓPbIₓ₊₂的维度与浓度，可实现薄膜质量的精细化调控，其中零维Cs₄PbI₆凭借更优的调控效果，可获得更均匀的FA-Cs离子分布，使器件光伏性能更为突出。
薄膜均匀性的提升与缺陷态密度的降低，有效抑制了离子迁移与界面降解，使零维晶种改性器件具备优异的长期工作稳定性——这也是钙钛矿太阳能电池实现规模化应用的核心要求之一。此外，研究创新性采用生物基戊内酯（GVL）开展晶种生长工艺，GVL作为绿色溶剂，可有效降低制备过程的环境影响，为高性能FACsPbI₃钙钛矿光伏模组及柔性PSCs的产业化制备，提供了绿色环保且可规模化量产的全新技术路线，契合光伏技术低碳化、规模化发展趋势。
文献信息
HomogenousFACsPbI3PerovskiteSolarCellsEnabledbyaSeed-FacilitatedCationExchangeStrategy
MengRen,GuodongChen,HaifeiWang,BoweiLi,YuetianChen,JiahaoGuo,YingpingFan,ShaoweiWang,YanfengMiao,FengGao,YixinZhao
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.75628
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