实验室在钙钛矿太阳能电池制备方面取得重大进展

A prenucleation strategy for ambient fabrication of perovskite solar cells with high device performance uniformity

预成核法在空气中制备高重复性、高质量的钙钛矿太阳能电池

有机金属卤化物钙钛矿作为近几年最引人注目的材料，在光伏、发光和探测等领域均有优异表现。DMSO作为制备钙钛矿的常用溶剂，可以与PbI₂形成中间相，中间相膜的质量直接决定钙钛矿薄膜的质量。目前高质量钙钛矿薄膜大多依赖于含水量ppm级的手套箱，钙钛矿质量受溶剂氛围影响较大，重复性较差，严重限制钙钛矿的批量制备与产业放大。常规方法在空气中难以制备得到高质量的钙钛矿膜。杨世和课题组开发了一种预成核法控制中间相的成核过程，在宽湿度范围的大气环境中使用低纯度试剂即可制备重复性高的高质量钙钛矿膜。通过程序滴加反溶剂增大成核数量，开发出适应大气湿度、不受溶剂氛围影响的稳定可控工艺。进一步通过表征与计算深入研究水对中间相的影响作用。在含水的情况下，PbI₂和DMSO的中间相更易移去DMSO而转变为含DMSO更少的中间相MA₂Pb₃I₈∙2DMSO。同时揭示了空气中难以制备均匀致密的钙钛矿薄膜的原因，MA₂Pb₃I₈∙2DMSO更易在空气长大，传统方法在空气中难以像手套箱中一样得到成核数量多的中间相膜。我们提出的预成核方法在室温空气中对成核数量可实现有效调控，相比于其它方法，更为简单可控，同时缩减不可控因素，大大增加钙钛矿膜的可重复性。由于该方法可适应一定湿度，因此对试剂纯度和含水量的要求很低，也有利于降低钙钛矿材料的产业放大。