可用任何反溶剂重复制备高效钙钛矿太阳能电池的通用方法

钙钛矿可谓是一种“宝藏”材料，其含有丰富的碳、氢、氮、碘、铅等化学元素。此前它以较低的成本、易被广泛应用而“出圈”，曾被专业人士认定是太阳能电池领域最具发展潜力的材料。

19 世纪初，钙钛矿第一次被报道，到 2009 年，它因可以在太阳能电池中使用而成为发电的候选材料而被“重新发现”。在短短十年的时间里，钙钛矿席卷了光伏（PV）研究领域，并且不断刷新着效率纪录。

最近，德累斯顿工业大学应用物理研究所（IAP）和德累斯顿电子发展中心（cfaed）的研究团队开发了一种可用任何反溶剂重复制备高效钙钛矿太阳能电池的通用方法。

3 月 25 日，该团队以《用任何反溶剂制备高效钙钛矿太阳能电池的通用方法》（“A general approach to high-efficiency perovskite solar cells by any antisolvent”）为题，将研究论文发表在 Nature Communications 杂志上。

在钙钛矿光伏技术研究中，通常是通过反溶剂调控钙钛矿薄膜进行研究。而该团队发现了一种可以使任何反溶剂，通过控制反溶剂的施用率来制备高效钙钛矿型太阳能电池的通用方法。

据了解，反溶剂可分为三类：有利于短应用时间的反溶剂、不受影响的反溶剂、以及在较长应用时间下性能最佳的反溶剂。

研究人员为了确定对调整反溶剂施用步骤的持续时间的影响，通过研究 14 种不同反溶剂，研究人员制备了近 800 种三阳离子钙钛矿型 PV 器件。通过分析钙钛矿层的详细结构、组成和微观结构表征，演示了太阳能电池中的任何反溶剂实现高性能三阳离子的通用方法，确定了不同类别的反溶剂对钙钛矿膜形成的影响。

该研究团队表示，影响钙钛矿层质量由两个关键因素决定。通过将有机前体在反溶剂中的溶解度、及其与主体溶剂的混溶性钙钛矿前驱体溶液结合在一起，可以在反溶剂施加步骤中产生速率依赖性的行为。

研究人员发现，通过更改反溶剂应用的持续时间，可将某些反溶剂的设备性能从无功能的功率转换效率（PCE）提高到 21％ 以上。

图丨钙钛矿太阳能电池的沉积过程和结构（来源：Nature Communications）

该研究团队认为，“在钙钛矿膜形成的过程中会对光伏器件的再现性产生影响。当从溶液中沉积钙钛矿层时，将反溶剂滴到钙钛矿溶液上以触发其结晶。”

“我们发现钙钛矿暴露于抗溶剂的持续时间对最终设备的性能产生了巨大的影响，该变量直到现在还没有引起人们的注意。”该研究团队研究助理、论文第一作者 Alexander D.Taylor 博士说，“这与以下原因有关：这与某些反溶剂至少可以部分溶解钙钛矿层的前体，从而改变其最终组成有关。此外，反溶剂与钙钛矿溶液溶剂的混溶性会影响其触发结晶的功效。”

图丨钙钛矿 PV 性能与抗溶剂类型和施用率的关系（来源：Nature Communications）

该研究团队制造其 PV 器件时发现，这种反溶剂步骤的差异可能导致所观察到的性能上的不可再现性。研究人员对各种潜在的反溶剂进行测试，结果表明通过控制这些现象，可以从所有测试的候选对象中获得最尖端的性能。

“通过确定影响钙钛矿活性层质量的关键抗溶剂特性，我们还能够预测新型反溶剂的最佳工艺，从而消除了本领域常见的反复试验优化的需要。”来自德累斯顿电子发展中心的 Fabian Paulus 博士补充说道。

“我们研究的另一个重要方面是，证明了反溶剂的最佳应用如何能显著拓宽钙钛矿光伏器件的可加工性范围这一事实。”领导该研究工作的 Vaynzof 教授表示，“我们的研究结果为钙钛矿研究界提供了宝贵的见解，这也许会进一步推动商业化的发展。”

原文标题：德国科学家发现制备钙钛矿太阳能电池的高效可复制方法

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责任编辑：haq