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学术前沿
当前光伏技术中，金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其高效且成本低廉而被视为一种有前景的替代技术。然而，商业规模溶液处理金属卤化物钙钛矿面临的挑战包括有害溶剂的使用、维持控制大气条件的成本以及PSCs在操作中的固有不稳定性。
牛津大学Henry J. Snaith及其团队通过引入一种高挥发性、低毒性、可再生的溶剂体系，解决了上述挑战。他们利用这种溶剂体系制造了一系列二维钙钛矿，这些二维钙钛矿作为前驱相，用于后续转化为α-甲酰胺铅三碘化物(α-FAPbI3)，整个过程在环境条件下完成。这种方法避免了使用低挥发性溶剂（如DMF和DMSO）并减少了甲酰胺阳离子(FA+)在材料中的降解速率，从而提高了PSCs的稳定性。
结果表明，使用这种α-FAPbI3的PSCs在光照和高温（ISOS-L-2）以及湿热（ISOS-D-3）应力下表现出显著的稳定性，超过了其他最先进的钙钛矿组成。研究还发现，通过2D前驱相结晶路线制备的α-FAPbI3具有显著改善的环境、热和光稳定性，与其他钙钛矿组成或加工路线相比。此外，该研究还展示了通过这种2D前驱相工程化的α-FAPbI3在PSCs中实现了超过3000小时的稳定性，并且在ISOS-L-2和ISOS-D-3条件下，分别实现了超过1930小时的无退化寿命。
图一：a. 在工业过程中，2-甲基四氢呋喃（MeTHF）和四氢呋喃（THF）作为溶剂的可扩展处理兼容性。绿色显示的溶剂是工业上从可再生来源生产的，在黄色中可能是可再生的但通常不是，红色的则不能从可再生来源生产。欧洲化学品管理局（ECHA）的无观察到不良效应浓度（NOAECs）是根据工作场所（除正丁胺，BA，使用一般人群的值）通过吸入溶剂蒸气来计算的。
图二：a. 优化的2D前驱相（RBA-MA+ = 1.5）在“转化溶液”（n-丁醇中的FAI溶液）中浸泡时，跟踪光致发光（PL）的变化，转变为3D α-FAPbI3。未转化的2D前驱相在t = 0 s时显示。插图：2D前驱相（红色）和3D（黑色）钙钛矿薄膜的图像。b. 原位掠入射广角X射线散射（GIWAXS）跟踪2D钙钛矿转变为α-FAPbI3时晶体相的演变。
图三：a. 使用不同RBA-MA+的THF处理的2D中间体α-FAPbI3层的微观结构的扫描电子显微镜（SEM）图像，当一系列2D中间体依次转换时。b. 从（i）BA2PbI4（n = 1）（j）BA2MAPb2I7（n = 2）和（k）BA2MA3Pb4I13（n = 4）转换为3D α-FAPbI3的示意图。绿色突出显示的FA+取代了2D中间体中的BA+，黄色突出显示的FA+取代了无机层中的MA+。双头箭头显示层厚度。l. 与从XRD衍射图案（补充图15）通过峰积分提取的2D中间体α-FAPbI3相比，铅碘化物（PbI2）含量作为相分数的图表。插图显示了低PbI2区域的扩展视图。
图四：a. 使用不同制造方法制作的FAPbI3材料的时间分辨光致发光（PL）瞬态。在81 nJ cm-2的激发光密度下，使用脉冲激光激发（398 nm，2.5 MHz重复率），在810 nm处检测PL。图上显示的PL寿命（τPL）由拉伸指数拟合确定。实线是对测量数据的拉伸指数拟合。b. 使用2D前驱相工程化的α-FAPbI3制造的PSC的横截面扫描电子显微镜图像。在0.25 cm2（c，e）和1.00 cm2（d，f）的2D前驱相工程化的α-FAPbI3制造的冠军器件的电流-电压曲线和相应的最大功率点跟踪效率（ηmpp）和最大功率点电流密度（Jmpp）。
图五：a-g. 描绘在130°C下保持9小时，通过原位X射线衍射（XRD）分析热降解的钙钛矿材料的等高线图。标签表示钙钛矿组成和制造条件（溶剂，热固化）。详细的处理条件描述在补充说明6中。分子结构对应于在热解吸-气相色谱-质谱（TDGCMS）分析期间检测到的挥发性物质。h. 突出显示通过MeTHF溶剂体系溶液处理钙钛矿材料属性的优势的示意图。i-j. 在85°C，1个太阳当量光照（ISOS-L2，i-j）和3000小时在85°C，85%相对湿度（ISOS-D-3，k，l）条件下老化3600小时的最先进的钙钛矿薄膜的可见光显微镜图像。m-n. 在ISOS-L-2（m）和ISOS-D-3（n）应力下，定期测量使用2D前驱相工程化的FAPbI3（7个单元和8个单元）和FA0.83Cs0.17Pb(I0.9Br0.1)3（8个单元，在每种条件下，“FACs”）作为光活性层的p-i-n PSCs的最大功率跟踪效率（ηmpp）。虚线显示了每个数据集的中位t80 ηmpp值。显示了每个数据集的中位数、范围和四分位范围，以及它们之间的每个数据点
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