南洋理工大学的研究人员成功开发出一种创新方案，通过构建工程化化学惰性低维(CI LD)界面，有效解决了长期阻碍钙钛矿太阳能电池(PSCs)商业化进程的稳定性难题，为实现兼具稳定性与高效能的 PSCs 奠定了关键基础。
该方法依赖于克服一直让科学家感到困惑的基本权衡：平衡PSCs卓越的功率转换效率与其运行寿命。传统上，低维卤代金属酸盐界面的实现增强了稳定性，但由于所涉及的块状有机阳离子的反应性质，以牺牲电学性能为代价。这些阳离子虽然是保护钙钛矿晶格免受环境退化的重要结构成分，但表现出化学反应性，破坏了界面的长期完整性和功能。
然而，新方法采用了一种开创性的方法来合成化学惰性界面，这些界面集成了具有低反应性的大块头有机阳离子，从而在不影响其光电特性的情况下保留了钙钛矿的精致结构。事实证明，这并非易事：所需的大块头阳离子通常难溶于与底层钙钛矿层相容的溶剂中，并且它们的低化学反应性固有地阻碍了界面形成所需的直接结晶过程。尽管 CI LD 界面具有理论吸引力，但这些挑战限制了 CI LD 界面的实际采用。
为了规避这些障碍，研究人员设计了一种新颖的选择性模板增长策略。该技术利用以传统阳离子作为结构模板形成的预先存在的亚稳态低维(LD)界面。通过促进有机阳离子交换过程，更稳定的化学惰性大块头阳离子逐渐取代了原始的反应物质，有效地将界面转变为坚固、持久且电学有利的区域。这种模板化转换保持了高效电荷传输所需的精确分层和结晶度，同时大大提高了界面稳定性。
该方法的一个主要好处是它能够将化学惰性界面的形成与其他限制性的溶解度和反应性限制分离。起始模板提供了一个支架，可以在温和的钙钛矿兼容条件下进行生长和阳离子交换。该过程可确保底层钙钛矿材料不会暴露在腐蚀性化学环境或溶剂中，否则会降低其功能特性。这种精细的化学控制对于在不牺牲质量或可重复性的情况下扩大 PSCs的生产规模至关重要。
使用选择性模板增长方法制造的原型设备的性能基准令人印象深刻。在1.235平方厘米的有效区域内，这些器件的功率转换效率达到25.1%，使这些太阳能电池跻身全球同尺寸级别中性能最高的水平。这是一个重要的里程碑，因为在不断扩大的器件规模下保持高效率传统上带来了工程挑战，这通常是由于更大尺寸的缺陷和界面损耗加剧造成的。
但也许更令人印象深刻的是这些 PSCs表现出的运行稳定性，在模拟太阳照明下连续运行1000小时后，它们仍保留了超过93% 的初始效率。此外，高温下的老化测试显示稳定性更高，在85°C 下 1,100 小时后效率保持率超过98%。
这一进展的影响可能不仅仅是稳定PSCs;选择性模板生长框架为针对不同钙钛矿成分和器件架构量身定制的工程界面提供了一个多功能平台。通过解锁化学惰性低维卤代金属酸盐界面的途径，研究人员现在拥有了一个强大的工具来减轻界面诱导的降解途径，这一直是限制 PSCs寿命的持续瓶颈。这可以催化新一代高可靠性器件，加速钙钛矿基光伏发电融入主流能源系统。
此外，这项工作还提请注意有机阳离子交换作为薄膜光电子学中合成策略的更广泛用途。对沉积后界面化学进行编程的能力为微调电子能带对准、缺陷钝化和层间附着力开辟了途径，所有这些对于最大限度地提高器件性能至关重要。这可以在光伏之外的领域找到应用，例如发光二极管、光电探测器和其他界面控制决定功能的半导体异质结构。
研究人员的方法说明了亚稳态相作为动态模板的关键作用，挑战了亚稳态纯粹是需要避免的障碍的传统观点。相反，亚稳态 LD 相充当关键中间体，促进形成更稳定和功能性的材料构型。这种重构丰富了钙钛矿材料基础科学，并激发了基于动力学控制的创新合成路线。
重要的是，这种模板策略与现有钙钛矿组合物和制造方案的兼容性表明其可快速转化为工业过程。该技术不需要特殊材料或极其复杂的处理，这预示着它在大面积制造中的采用。专注于提高光伏组件耐用性和性能的行业利益相关者将从将这些发现整合到生产线中受益匪浅。
这项研究还强调了 PSCs技术在接近商业化准备阶段的持续发展。虽然钙钛矿最初的兴奋通常集中在它们在小面积实验室中获得的创纪录效率上，但最终决定其市场影响的是克服稳定性问题。Rao 等人的研究通过提供具有长期运行稳定性的接近商业规模的活动区域，减轻了对设备可靠性的严重担忧，这是消费者信任和监管批准的先决条件。
(消息来源：perovskite-info.com, Nature Energy, bioengineer.org)
索比光伏网 https://news.solarbe.com/202508/4/50005359.html
