钙钛矿/硅串联太阳能电池因其高功率转换效率(PCE)和成本效益而备受瞩目，被视为太阳能光伏领域的重要候选技术。然而，实现在空气中可扩展制造宽带隙钙钛矿(约1.68 eV)而不在惰性气氛保护环境下，由于钙钛矿薄膜受潮引起的降解，这一挑战仍然存在。
南京大学谭海仁&天合光能高纪凡等人通过溶剂工程策略，利用低极性和适度挥发速率的正丁醇(nBA)作为有机盐的溶剂，有效减少了空气中湿度对钙钛矿制造的不利影响，并提高了钙钛矿薄膜的均匀性。这种方法不仅减轻了湿度对钙钛矿薄膜的不利影响，还提高了薄膜的均匀性，为钙钛矿/硅串联太阳能电池的大规模生产提供了一条途径。
采用蒸镀和刮涂相结合的工艺制备钙钛矿薄膜，刮涂工艺中广泛选择乙醇和异丙醇作为有机盐的溶剂，但是这两种溶剂在空气中制备薄膜时往往存在两大问题：溶剂易吸收水分和较快的蒸发速率。对乙醇(EA)、异丙醇(IPA)、正丁醇(nBA)和正戊醇(nPA)这四种不同饱和蒸汽压和极性的醇类进行分析，研究发现随着碳链的增长，醇的极性和饱和蒸气压均降低。其中，正丁醇由于其低极性和适中的挥发速率，被确定为最优溶剂。
研究团队实现了29.4%的效率(认证28.7%)对于双面纹理化的钙钛矿/硅串联电池，具有大尺寸金字塔结构(2-3微米)，并且在16平方厘米的孔径面积上实现了26.3%的效率。这一进展标志着钙钛矿/硅串联太阳能电池商业化的重要一步。
图1：不同酒精对钙钛矿薄膜的影响。a 混合两步沉积方法的示意图。b 不同酒精的物理参数。c 使用不同酒精的有机盐溶液暴露于空气中1小时后的图片。d 刀涂有机盐后未经气体淬火和退火的钙钛矿薄膜图片。刀涂方向从左至右。
图2：不同酒精制造的钙钛矿薄膜的表征。a-e 钙钛矿薄膜的顶视图和横截面扫描电子显微镜(SEM)图像以及X射线衍射(XRD)图案。f 玻璃侧发出的钙钛矿薄膜的光致发光(PL)光谱。g 钙钛矿薄膜的时间分辨PL瞬态。h-j 钙钛矿薄膜的PL映射，有效面积为1.5厘米*1.5厘米。
图3：不同酒精制造的PSCs的光伏性能。a 单节的示意图结构。b IPA和nBA设备的光伏参数。c 冠军不透明设备(0.049平方厘米孔径面积)的J-V曲线。d 冠军设备的EQE光谱。e 冠军不透明设备(1.044平方厘米孔径面积)的J-V曲线;每种样品15个设备的PCE分布显示在内图中。f 从PL光谱中提取的QFLS值，用于纯净钙钛矿、HTL/钙钛矿和HTL/钙钛矿/ETL。g IPA和nBA钙钛矿设备的EL光谱。h IPA和nBA钙钛矿设备的VOC随光强度变化。
图4：全纹理化钙钛矿/SHJ串联设备的特性。a 钙钛矿/SHJ串联太阳能电池的示意图。b nBA设备钙钛矿/SHJ(平均金字塔尺寸为2-3微米)串联的横截面SEM图像。c 串联设备(1.044平方厘米孔径面积)的J-V曲线;设备的照片显示在内图中。d 串联设备的MPP跟踪;每种类型16个单独串联设备的PCE分布显示在内图中。e 电流匹配的全纹理单体钙钛矿/SHJ串联设备的EQE光谱。f 串联设备(16平方厘米孔径面积)的J-V曲线;设备的照片显示在内图中。
责任编辑：周末
