武汉理工大学钟杰 Angew:25.13%!解析如何让钙钛矿前驱体溶液“保鲜”!

来源:钙钛矿人发布时间:2025-06-09 13:56:53

文章介绍

前驱体质量对钙钛矿薄膜的形貌、晶粒尺寸、结晶度和陷阱态密度起着决定性作用,其的长期稳定性对于钙钛矿太阳能电池(PSCs)的可靠放大具有重要意义。

基于此,武汉理工大学钟杰等人提出常用的N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜(DMF/DMSO)混合溶剂相比其对应的单一溶剂表现出更严重的降解,这是由于溶液中前驱体物种的水解、氧化和去质子化反应之间复杂的相互作用所致。因此,将2-硫脲(Th)引入前驱体中,以抑制这些副反应链,并有效减轻阳离子和碘离子(I⁻)的有害降解。Th的协同效应使其能够与未配位的Pb²⁺结合,调节结晶过程,从而实现低缺陷密度的高质量薄膜。因此,基于Th的前驱体展现出更长的存储寿命,在老化30天后,基于新鲜溶液制备的器件初始效率(25.13%)保持率为94.78%,而对照样本仅为64.22%。目标器件还表现出显著的稳定性,在最大功率点跟踪1000小时后仍保持其初始效率的87.8%。该论文近期以“Alleviation of Precursor Degradation Induced by DMF/DMSO Mixture for Enhanced Performance of Perovskite Solar Cells”为题发表在顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上。

图1. a) 在N2氛围中,室温(30天)和100°C(3天)老化后的FM(FAI-35%mol MACl)、FA(FAI)、MA(MAI)和MA*(与MA样品相比含35%mol MAI)在溶剂中的照片。b) 在DMF、DMSO和DMF/DMSO溶剂中老化的胺盐的紫外-可见吸收光谱。c) Th的静电势分布以及在DMF/DMSO溶剂中室温老化后含有Th的溶液的照片。d) 在DMF/DMSO溶剂中,Th、FM及其混合物的紫外-可见吸收光谱。e) 在溶剂中老化的胺盐的I₃⁻强度。

图示1. 钙钛矿前驱体的降解路径:a) MAI在DMSO溶剂中的热老化。b) DMF的水解。室温下的加速降解路径:c) 由FAD/DMA介导的DMSO中I⁻的氧化。d) MAI或FAI在DMF/DMSO溶剂中的分解。e) FAI/MACl在DMF/DMSO溶剂中的协同降解。

图2. a) Th、FAI及其混合物的¹H NMR谱图;b) 在DMSO-d₆中,Th和PbI₂ Th的¹H NMR谱图;c) Th和PbI₂+Th的¹³C NMR谱图;d) 含有和不含Th的老化FAI/MACl的¹H NMR谱图;e) Th、FAI及其混合物的FTIR;f) PbI₂和PbI₂+Th的FTIR光谱;g) 在DMSO溶剂中Th和含有Th的老化FAI/MACl的质谱;h) 通过Th抑制前驱体降解的效果。

图3. a) 新鲜和老化(含和不含Th)前驱体溶液的DLS光谱。b) 钙钛矿薄膜的Pb 4f c) I 3d的XPS谱图。d) 钙钛矿薄膜SEM顶视图。从不含e) 和含f) Th的老化不同时间的前驱体溶液制备的钙钛矿薄膜XRD光谱。从老化g) 0天、h) 10天和i) 20天的前驱体溶液制备的相应钙钛矿薄膜在初始退火过程中的原位PL光谱。j) 钙钛矿前驱体劣化及其对结晶影响的示意图。

图4. a) 沉积在玻璃上的钙钛矿薄膜的稳态PL光谱和b) TRPL光谱。c) 仅电子传输器件(FTO/SnO₂/钙钛矿/PCBM/Ag)的暗态J–V曲线。基于d)新鲜前驱体和e) 含和不含Th的老化前驱体的冠军器件J–V曲线。f) 器件的EQE和积分电流密度光谱。g) PSCs的开路电压VOC与光强的关系图。由h) 对照组和i) 不同老化时间的目标前驱体溶液制备的器件PCE演变(样本量:8)。j) PSCs的稳态功率输出曲线。k) 在环境空气中,相对湿度为25±5%,温度为30°C,光照强度为100 mW cm⁻²的条件下,封装器件的MPP跟踪曲线。

总之,作者等人观察到最常用的DMF/DMSO混合溶剂中钙钛矿前驱体的加速降解,归因于涉及DMF水解和DMSO驱动的碘离子(I⁻)氧化的有害反应链。为了解决这一问题,作者引入了多功能的2-硫脲(Th)以稳定钙钛矿前驱体。研究表明,Th通过其脱氢作用和二聚体(DiTh)的形成,抑制了胺盐的去质子化和I⁻的氧化,从而减少有害的碘分子和副产物,即使在老化后也能实现更接近化学计量比的前驱体。此外,Th中的硫脲基团和羰基(C═O)由于S、O与欠配位的Pb²⁺之间存在强键合作用,作为有效的缺陷钝化剂,调节了钙钛矿结晶过程中的成核动力学。因此,使用掺杂Th的前驱体制备的器件在老化30天后展现出优异的重现性,且PbI₂残留显著减少。优化后的器件采用常规的n-i-p结构,实现了25.13%的光电转换效率(PCE),并在MPP跟踪下表现出高稳定性。这项工作表明深入理解前驱体降解机制以及使用具有多重效应的添加剂可以显著提升钙钛矿的前驱体效率和稳定性。

器件制备

器件制备:

FTO/SnO2/PVSK/Spiro-OmetaD/Au

1.洗干净的FTO,化学浴沉积法沉积SnO2,臭氧处理15 min;

2. 240.76 mg FAI, 691.52 mg PbI2, 33.76 mg MACl 溶于1ml DMF/DMSO (4:1 v/v),+0.1 mol% Th,1000 rpm 10 s+5000 rpm 30 s, 最后15s 100 uL 乙酸乙酯反相,100℃退火60 min;

3. 73 mg/mL Spiro-OmetaD+18 µL Li-TFSI (520 mg/mL ACN)+29µL FK209 (300 mg/mL ACN) +30 µL t-BP, 使用前搅拌30 min,3000rpm 30s旋涂;MPP测试采用PTAA;

4.蒸镀80 nm Au。

文章信息

Y. Ma, H. Cai, Y. Liu, B. He, H. Zhang, Y. Cheng, G. Liu, J. Zhao, Y. Cheng, J. Zhong, Alleviation of Precursor Degradation Induced by DMF/DMSO Mixture for Enhanced Performance of Perovskite Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e202504253.

DOI:10.1038/s41560-025-01781-1


责任编辑:wangqing01
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
上智大学等开发出无铅钙钛矿太阳能电池新技术,同时提高耐久性与转换效率来源:日本经济新闻 发布时间:2026-10-27 10:52:11

上智大学等研究团队开发出一种新型无铅钙钛矿太阳能电池技术,以锡替代有毒的铅作为核心元素,旨在兼顾环境安全性与器件性能。针对锡易氧化导致结构退化、进而影响效率与稳定性的关键难题,团队设计了 Ruddlesden–Popper 型层状结构:由锡-碘无机导电层与有机分子层交替堆叠构成,并引入2-氨基苯并噻唑作为分子钝化添加剂。该结构既通过有机层阻隔水氧提升耐久性,又借助添加剂抑制锡氧化、降低界面电阻,使电池在100天后仍保持约85%的初始效率。尽管当前转换效率尚低于含铅同类器件,但该成果为安全、稳定、可实用化的钙钛矿光伏技术提供了新路径,后续工作将聚焦于效率提升与大面积制备。(199字)

3GW钙钛矿组件产业化项目落户浙江来源:潮起滨海 发布时间:2026-10-26 08:57:54

10月22日,浙江绍兴越城区与滨海新区举行重大招商对接活动,正式签约中显光电智能制造基地和协鑫光电钙钛矿光伏组件产业化两个项目,总投资超百亿元。其中,协鑫光电项目规划建设3GW钙钛矿光伏组件量产线,旨在打造全球领先的规模化钙钛矿光伏生产基地,抢占下一代光伏技术制高点;中显光电项目则聚焦AI算力服务器主板PCBA制造,助力杭绍算力硬件产业协同发展。两项目紧扣区域集成电路、新能源(新材料)、高端装备等主导产业方向,是越城区与滨海新区实施先进制造业强区战略、培育新质生产力的重要举措。当地政府表示将持续优化营商环境,全力保障项目落地建设,推动上下游产业集聚与区域高质量发展。(198字)

晋能控股光伏制造有限公司与纤纳光电开展钙钛矿-晶硅叠层技术交流来源:晋能清洁能源科技股份公司 发布时间:2026-10-22 09:16:36

晋能控股光伏制造与纤纳光电就钙钛矿-晶硅叠层电池技术深度交流,聚焦大面积、高稳定关键技术攻关及研发线建设。双方将共建“研发-实证-转化”创新联合体,加速产业化落地,助力山西能源转型与光伏新质生产力发展。

松下控股将玻璃型钙钛矿太阳能电池量产提前一年,计划2029年4月投产来源:广角观察 发布时间:2026-10-21 14:16:04

松下控股宣布将玻璃型钙钛矿太阳能电池的全面量产时间提前一年,由原定的2030财年调整为2029年4月,并将在日本滋贺县长滨市的量产技术开发基地正式启动。此举旨在加速该新型光伏技术的商业化进程。在此之前,公司已于2026年9月启动先行量产,相关产品目前由大阪府守口市的研发基地生产,主要用于面向客户的试用与实证,以积累实际安装、运行及维护经验,为后续规模化量产夯实技术与应用基础。

站起来的“钙钛矿”!极电光能以硬核实证探索光伏价值新空间来源:极电光能 发布时间:2026-10-16 09:30:36

本文介绍了极电光能在国内首个钙钛矿双面发电组件垂直安装实证项目——位于河北张家口国家风光储输示范基地的运行成果。项目于2023年8月启动,对南北、东西向垂直安装的钙钛矿组件开展近一个半月的并网实测。数据显示:组件双面率达79%,系统效率(PR值)平均接近100%;在早晚低辐照时段形成双发电高峰,精准匹配电网负荷与分时电价高峰;阴雨天(日辐照<2kWh/㎡)下PR值仍达106.5%–129.3%,凸显优异弱光响应与温度稳定性。文章进一步指出,垂直安装模式突破传统地面平铺局限,适配光电建筑、高速声屏障、农光互补等多元场景,标志着钙钛矿光伏正从技术验证迈向高价值商业化应用新阶段。(199字)

正泰新能两项钙钛矿叠层光伏技术入选2026年第一批科技计划项目拟立项(备案)公示来源:钙钛矿光链 发布时间:2026-10-12 06:16:00

海宁市科技局于2026年9月30日至10月13日公示2026年第一批科技计划项目拟立项名单,其中正泰新能科技股份有限公司牵头申报的两项钙钛矿叠层光伏技术项目入选。一项为产学研合作项目,聚焦高效稳定的钙钛矿/TOPCon叠层太阳电池研发,由何晨旭负责;另一项为科技型企业备案制项目,致力于钙钛矿/晶硅四端叠层技术开发,由李晓伟负责。两个项目均执行期为2026年7月1日至2029年6月30日,实施地位于海宁市黄湾镇。此次立项反映了海宁市对下一代高转换效率光伏技术的重点支持,也凸显正泰新能在钙钛矿叠层电池前沿方向的技术布局与研发实力。(198字)

新区种子独角兽!用钙钛矿打开光伏新赛道来源:凤凰网 发布时间:2026-10-10 14:26:24

长春日耀光电科技有限公司是依托中国科学院长春应用化学研究所科研力量,于2023年9月在长春新区成立的东北首家专注钙钛矿太阳能电池研发与产业化的企业。公司以新型SAM分子材料、薄膜在线检测装备及钙钛矿电池组件为主营方向,已实现多项国际首创技术突破,包括无NiOx大面积制备工艺和SAM原位表征一体化装备,显著降低产线与制造成本。其钙钛矿/晶硅叠层电池效率达34.2%(NREL认证,全球前三),半透明电池效率率先突破12%。目前SAM材料市场渗透率超40%,大尺寸电池完成打样,省内首例钙钛矿自供能系统及100kW光储充电站即将落地。企业已签约多方战略伙伴,正加速建设中试线与电池产线,目标2030年建成投产,年产值不低于10亿元。

大面积钙钛矿太阳能电池光电转换效率创新高来源:科技日报 发布时间:2026-10-10 09:52:29

澳大利亚新南威尔士大学与UtmoLight公司合作,成功研制出面积达676平方厘米(30 cm × 30 cm)的大面积钙钛矿太阳能电池,实现23.5%的光电转换效率,刷新世界纪录。该成果证实钙钛矿技术在放大尺寸后仍能保持高效率,显著提升了其规模化制造与产业化应用前景。研究通过材料创新与工艺优化,取消了易引发不稳定的氧化镍层,简化制程并提升性能。团队下一步将试制2.8平方米的全尺寸商用组件,验证更大面积下的可行性。尽管钙钛矿在成本与光谱利用(如与硅基电池叠层)方面优势突出,但其在湿热环境下的稳定性、大面积均匀性控制及长期可靠性仍是产业化亟待突破的关键挑战。(199字)

目标效率29%!美印企业合作4GW钙钛矿叠层项目来源:TaiyangNews 发布时间:2026-09-24 09:00:27

印度GREW Solar公司与美国Caelux公司签署为期5年的商业化合作协议,共同推进4GW钙钛矿-硅叠层光伏组件在印度本土的量产,目标于2028年启动。合作核心是将Caelux的钙钛矿发电玻璃技术与GREW Solar的n型TOPCon电池(含G12R大尺寸平台)集成,开发高效率混合叠层组件,目标转换效率超过29%。此举标志着GREW Solar正式进入钙钛矿叠层技术领域,拓展其原有硅基技术布局,并确保产品符合印度ALMM认证要求。目前GREW Solar在拉贾斯坦邦拥有6.5GW组件产能(规划扩至11GW),并正在中央邦建设8GW电池及8GW硅片工厂。对Caelux而言,本协议使其全球合作总容量达19GW,此前已与印度Rayzon Solar和Navitas Solar各签约5GW。(199字)

北京经济技术开发区:推动先进能源产业应用钙钛矿材料等实现太空、地面多维度发展来源:北京市人民政府 发布时间:2026-09-23 16:17:21

本文介绍了北京经济技术开发区发布的《关于加快新材料产业创新发展的若干措施》,旨在系统性推动新材料产业高质量发展。文件明确聚焦先进基础材料、关键战略材料和前沿创新材料三大方向,尤其突出钙钛矿等新型能源材料在先进能源领域的应用,支持其向太空能源、地面储能等多场景拓展。措施围绕“创新驱动—成果转化—双向赋能—要素保障”逻辑链,提出核心技术攻关、产学研协同、“AI+新材料”融合、中试平台建设、京津冀协同发展等12项具体举措,涵盖资金支持、平台搭建、场景开放、人才引育和金融赋能等内容。政策有效期至2028年底,适用范围覆盖亦庄新城全域,强调国产替代、技术转化与产业生态构建。(199字)

全省唯一!极电光能牵头项目入选江苏省创新联合体拟建名单来源:极电光能 发布时间:2026-09-22 10:59:09

江苏省科技厅公示2026年度省级创新联合体拟建名单,全省共18家,其中由极电光能牵头的“江苏省大面积高效柔性钙钛矿太阳能电池与装备技术创新联合体”成功入选,系光伏领域唯一获批单位。该联合体以企业为“出题者”,联合高校院所及产业链上下游,聚焦柔性钙钛矿在材料、器件、工艺和装备等关键环节的协同攻关,旨在贯通“产学研用”链条。相较于传统光伏,柔性钙钛矿具备轻量化、可弯曲、形态适配性强等优势,应用场景正从电力生产拓展至建筑、交通、低空经济及便携能源等领域。依托无锡新能源产业与科创资源,联合体将加速技术转化与多元应用落地,助力江苏培育新能源增长点,支撑新质生产力发展。(198字)