交汇点讯 钙钛矿型太阳能电池由于其低成本溶剂加工、制备工艺简单和能量转化效率高等优势已成为新型光伏领域最强有力的竞争者。但是，钙钛矿太阳能电池的商业化依然面临着湿、热、光等稳定性问题。

中国科学院黄维院士带领的南京工业大学秦天石王芳芳研究团队使用多种原位表征技术，解析了钙钛矿薄膜在旋涂和退火过程中的中间相、成核和结晶过程，并成功设计合成了一种多功能氟取代分子作为添加剂，该添加剂可以诱导钙钛矿薄膜形成更加有序的结晶，进而获得了高效、稳定的钙钛矿太阳能电池器件性能。成果近日发表在《自然·通讯》。

新型多功能氟取代添加剂设计及钙钛矿薄膜结晶机制分析

据悉，基于混合离子的甲脒碘基钙钛矿太阳能电池达到了25.7%的功率转换效率。在钙钛矿中加入混合离子可以有效抑制光活性黑相(α-FAPbI3)转变成非钙钛矿黄相(δ-FAPbI3)或者降解为碘化铅，但少量的这些离子会影响相应器件的稳定性。已经证明，混合离子钙钛矿在连续光照下会发生相偏析。挥发性阳离子成分会引起钙钛矿薄膜中的针孔和残留碘化铅的形成，严重影响了在高温或潮湿条件下的器件性能。

“通过多种原位表征技术，对钙钛矿薄膜在旋涂和退火过程中的中间相、成核和结晶过程进行监测和深入研究，我们发现，造成混合离子钙钛矿困境的根本原因是，由于中间相诱导的多种成核途径，导致其无法生长成均匀的高结晶性薄膜。” 王芳芳副教授介绍，钙钛矿材料是太阳能电池的吸光层（也叫光活性层），所以是黑色的，薄膜保持黑色才能保持光活性，才可以吸光发电，如果降解成黄色的碘化铅，电池就不能工作了。钙钛矿薄膜是由钙钛矿晶体构成的，钙钛矿薄膜中晶体排列越有序，缺陷就越少，被水或湿气攻击的位点就越少，所以越稳定。

多种原位表征技术监测钙钛矿薄膜在旋涂和退火过程中的中间相、成核和结晶过程

针对上述问题，研究团队成功设计合成了一种多功能氟取代分子作为添加剂，该添加剂可以抑制多中间相的生成，促进定向结晶，诱导钙钛矿薄膜形成更加有序的结晶，进而获得了高效、稳定的钙钛矿太阳能电池器件性能。 “我们设计合成的新型添加剂材料，制备的钙钛矿太阳能电池实现了高达24.10%的效率，并表现出了优异的器件稳定性，连续光照1000小时或在≈50%湿度的空气环境中加速老化2000小时后，仍保持了其初始效率值的95%以上。”论文第一作者、硕士生李慕白说，加了添加剂的钙钛矿薄膜，不仅能抗击住空气中的少量水分，甚至直接放到水中浸泡5分钟以上仍不分解，而参比薄膜在1秒钟之内就分解掉了，团队设计的新型材料极大地提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性。

这项工作有助于更深层次的理解混合离子钙钛矿制备过程中的结晶动力学机制及调控方法，为新型钙钛矿添加剂的分子设计提供了重要见解。

据悉，研究团队一直致力于新型光电材料的开发、钙钛矿基础科学的探索和高效钙钛矿太阳能电池的制备领域。此研究成果再次在高效、稳定的钙钛矿太阳能电池领域实现突破，为高效利用新能源资源拓展了新途径。

通讯员 周伟

新华日报·交汇点记者 谢诗涵

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