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近年来,可溶液法制备的钙钛矿太阳能电池取得了快速发展,被广泛认为是极具应用潜力的下一代光伏技术。溶液法制备钙钛矿薄膜的结晶过程通常在数分钟内完成,晶粒的生长非常有限,使得所制备的钙钛矿由众多微小的晶粒构成,导致钙钛矿内部晶界密布。晶界影响器件中载流子的传输和复合等过程,会导致光电转换过程中的能量损失。 钙钛矿太阳能电池的大量研究工作聚焦于提高钙钛矿晶粒的尺寸。一种典型策略是在钙钛矿前驱体溶液中引入合适的添加剂来延缓结晶,促进晶粒的生长。另一种策略是在溶剂蒸气中对钙钛矿进行退火,诱导钙钛矿的熟化,实现晶粒的粗化。 近日,华中科技大学韩宏伟教授团队发展了一种可实现钙钛矿有效熟化的新方法,他们发现,在一定湿度的环境中用适当的吸湿性盐处理钙钛矿薄膜,无需进行退火,即可实现晶粒的显著长大。这一发现揭示了吸湿盐与水分在激活钙钛矿再结晶方面微妙的协同效应,并应用于高效无空穴传输层可印刷介观钙钛矿太阳能电池(p-MPSCs)的制备。
研究表明,单纯的盐或水分都不能触发显著的熟化现象。然而,当采用合适的盐对薄膜进行处理,并将其置于含有一定湿度的环境中时,一个引人注目的现象显现:晶粒发生了显著的长大。 基于此,该工作明确了盐的吸湿性对实现钙钛矿熟化的关键作用,提出了吸湿性盐和水协同诱导熟化的工作机制:吸湿性盐处理钙钛矿薄膜后,会吸收环境中的水分,形成盐和水的复合物;该复合物一方面可以促进钙钛矿晶粒的溶解,另一方面可以充当传质的介质;由于小晶粒和大晶粒的溶解度不同,最终小晶粒溶解,相邻大晶粒发生显著的二次生长。 通过使用所筛选的吸湿性盐处理p-MPSCs,实现了器件光电转换效率的明显提升,相关器件在最大功率点追踪测试中表现出了良好的稳定性。该工作为制备具有大晶粒、高结晶度的钙钛矿提供了一种新颖且实用的方法,可服务于高性能钙钛矿光电器件的开发。 论文信息 Room-Temperature Ripening Enabled by Hygroscopic Salts for Hole-conductor-Free Printable Perovskite Solar Cells with Efficiency Over 20 % Ziwei Zheng, Long Chen, Daiyu Li, Yongming Ma, Minghao Xia, Yanjie Cheng, Chaoyang Wang, Jiayu Xie, Xiaoru Wang, Guodong Zhang, Yang Zhou, Anyi Mei, Hongwei Han Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202406705



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