近日，我院有机钙钛矿光伏技术团队在刮刀涂布钙钛矿光伏研究方面取得新进展，相关工作“Synergistic Effect of H+and I−Oxidation Enables Long-Term Stability of the Precursor Solutions and Enhanced Performance of FA-Dominated Perovskite Solar Cells.”和“Suppressing the phase separation in FAMA mixed perovskite solar cells via the preloading of A site cations within the lattice.”以河北大学为第一单位分别发表在国际期刊《Advanced Functional Materials》（2024,DOI:10.1002/adfm.202411183）和《Chemical Engineering Journal》（2024,DOI:10.1016/j.cej.2024.154612）。硕士研究生尹松、焦学纬、刘旭东、刘明轩为论文共同第一作者，孔伟光教授和杨少鹏教授为共同通讯作者。
钙钛矿前驱体溶液中存在复杂的化学演化，使得MA在FAMA混合体系钙钛矿中的作用还远未被完全了解。作者研究阐明了过量的H+促进了以FA为主的钙钛矿中MA和FA组分的平衡和快速组装，并阻碍了前驱体溶液中MA和FA之间的亲核反应引起的不利化学演化，而I−氧化加速了钙钛矿的原位结晶。利用这种协同效应，团队成功制造了具有任意可调x值的厘米级FAxMA(1-x)PbI3单晶。此外，引入过氧乙酸作为添加剂，使用刮刀涂布工艺制备的FA0.9MA0.1PbI3钙钛矿太阳能电池（PSCs）实现了23.7%的效率。该效率是迄今为止使用刮刀涂布工艺同时FA含量超过90%的最高值之一。本研究中开发的优化解决方案实现了卓越的稳定性，使其可以在空气条件下储存超过2个月，而电池效率不会明显下降。
将MA作为掺杂剂对于稳定α相FAPbI3的晶格结构非常有利，但只有在MA掺杂水平较高的情况下才能实现均匀的相混合，这极大影响了以FA为主的钙钛矿太阳能电池（PSCs）的效率和稳定性。作者研究阐述了在FAMA混合钙钛矿的成核阶段，MA+与FA+相比，在与PbI3-的反应中表现出显著的动力学优势。MAPbI3的快速结晶不仅会诱导FA-MA分离，而且会因体积庞大的FA+离子诱导的应变而阻碍钙钛矿的结晶。作者通过引入FA0.8MA0.2PbI3单晶作为制备前驱体溶液的材料源，从而在晶格稳定性和带隙（Eg=1.54eV）之间实现了微妙的平衡。预先进入到PbI3-骨架内的A位阳离子通过刮刀涂布使得以FA为主的钙钛矿薄膜暴露在空气环境中保持了一年以上的相稳定性，最终的PSCs（0.09cm2）实现了23.66%的转换效率，跻身于刮刀涂布PSCs的最高效率记录之列。该结果为进一步制备更高性能、更稳定的钙钛矿太阳能电池提供了新思路。
以上工作均得到了国家自然科学基金(No. 62274055,No. 61904048)、河北省自然科学基金、河北省重点研发计划（No. F2021201017）等项目的资助，以及河北大学物理学院公共测试中心的大力支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202411183
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154612
