近日，集成电路学部郝跃院士团队张春福教授和董航博士等人合作在Advanced Energy Materials（中国科学院I区TOP期刊，IF=24.4） 上发表题为Regulating the Perovskite Crystallization Dynamics Via Dual Modulation Strategy for Performance Enhancement of Perovskite Solar Cells的最新研究成果，文章第一通讯单位为西安电子科技大学，西安理工大学为论文合作单位，集成电路学部博士后董航以及西安理工大学屈晋松为共同第一作者，西安电子科技大学张春福教授和西安理工大学卢刚为共同通讯作者。
高结晶度和应力可调的钙钛矿薄膜沉积技术是确保高性能钙钛矿太阳能电池制备的重要前提，然而环境敏感的结晶特性往往会导致FAPbI3钙钛矿材料结晶过程的不可控，严重制约了相关光电器件的性能提升。科研人员近年来就相关问题已进行了部分探索，在材料制备、机理分析与器件实现上都取得了一系列成果，但是针对大尺寸阳离子/高沸点前驱体溶剂掺杂诱发的钙钛矿薄膜成膜机理和应力调控机制的研究仍相对匮乏，共性科学问题不明晰。鉴于此，张春福教授团队提出了一种基于大晶粒尺寸有机阳离子胍（GA+）和高沸点有机溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）协同掺杂的钙钛矿薄膜过饱和环境和中间相调控策略，通过成核、结晶过程的精细化管理，实现了大晶粒尺寸、均匀、致密的高性能钙钛矿薄膜沉积工艺开发。结合XRD、GIXRD、原位测试结果和第一性原理计算，团队成员发现，相对于大离子半径有机阳离子的掺入，结晶动力学调变是诱导薄膜应力变化的主要因素。最终，该策略所制备出的薄膜平均晶粒尺寸增大至715.33nm，最优电池器件光电转换效率达到了25.38%，未封装器件在富湿环境中保存2160小时后仍可保留93.09%的初始效率。
钙钛矿太阳电池技术已处于产业化前夕，薄膜均匀制备和稳定性提升一直是制约商业化钙钛矿电池生产的掣肘难题。为此，研究团队长期致力于大面积、均匀、稳定钙钛矿薄膜沉积技术研究，已开发出了基于狭缝涂布和刮涂技术的多尺寸，多类型高质量钙钛矿薄膜沉积工艺和器件组装技术。此项工作是团队近期关于薄膜沉积技术优化和内部应力调控这一基础研究方向的最新进展之一。该技术主要借助目前被广泛应用的大离子半径有机胍盐和高沸点NMP有机溶剂，通过对薄膜结晶动力学和内部应力的精准调控，为高质量钙钛矿薄膜沉积技术开发提供了新的发展思路和策略，也为高效、稳定钙钛矿太阳电池器件制备提供了新的理论指导和实验支持，更为我国早日实现“双碳”战略提供了技术支持。
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通讯员 / 马佩军
视频 / 杜世豪 黄尚森
编辑 / 王冠玉
责编 / 王 格
出品 / 党委宣传部〔融媒体中心〕
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