文章介绍
低缺陷密度的高结晶度钙钛矿薄膜是实现高性能钙钛矿太阳能电池（PSCs）的先决条件。
基于此，苏州大学彭军等人提出了一种简单的单溶剂真空闪蒸（SSVF）方法，用于使用简化的单溶剂前体系统（例如，N，N-二甲基甲酰胺（DMF），二甲基乙酰胺（DMAC）和γ-戊内酯（GVL））制备高质量的钙钛矿薄膜。通过为前驱体湿膜创造低温（LT）和真空环境，SSVF 方法能够精确调节溶剂蒸发动力学，从而形成具有低缺陷密度的高度致密的钙钛矿薄膜。因此，通过该方法制造的 PSC 实现了 26.93%的冠军功率转换效率（PCE），以及 26.78%的认证 PCE（认证稳态效率为 26.39%）。这一性能是所有基于真空闪存 （VF） 的技术有史以来报道的最高效率之一。此外，由于通过 SSVF 方法制备的钙钛矿薄膜的相稳定性增强，所得的 PSC 表现出优异的运行耐久性，在连续运行 1000 小时后仍能保持其初始效率的 94%以上。该论文近期以“Unveiling the Single-Solvent Vacuum-Flash Process for High-Efficiency Perovskite Solar Cells”为题发表在顶级期刊Energy & Environmental Science上。
图文信息
图1. (a）SSVF方法的示意性过程。（B）基于SSVF方法制备的FA 0.95 Cs0.05 PbI3、FAPbI3、FA 0.8MA 0.15 Cs0.05 Pb（I0.75 Br 0.25）3和FA 0.8Cs0.2 Pb（I0.6 Br 0.4）3钙钛矿膜的顶视图和（c）横截面SEM图像。
图2. (a)数字照片和（B）在不同冷板温度下SSVF处理的钙钛矿前体膜的XRD图案。（c）用仅DMF溶剂制备的不同膜的FTIR光谱。（d）在−6 °C下通过SSVF处理制备的前体膜的演变XRD图案。（e）在不同冷板温度下通过SSVF处理制备的钙钛矿膜的顶视图和（f）横截面SEM图像。
图3.在SSVF工艺期间，钙钛矿前体膜在（a）合适的蒸发通量、（B）高的蒸发通量和（c）低的蒸发通量下的示意性演变。(e)分别用仅含DMAC和GVL的溶剂制备的钙钛矿溶液的数字照片。（f）分别由仅含DMAC和GVL的溶剂通过SSVF处理制备的钙钛矿膜的顶视图和（g）横截面SEM图像。
图4. (a)分别用DMSO-DMF、DMF、DMAC和GVL溶剂制备的钙钛矿膜的UV-可见吸收、（B）PL光谱、（c）TRPL光谱和（d）PL绘图。(e)由分别用DMSO-DMF、DMF、DMAC和GVL溶剂制备的钙钛矿膜的SCLC测试计算的陷阱密度。（f）作为光强度的函数的光电压和g）基于分别用DMSO-DMF、DMF、DMAC和GVL制备的钙钛矿膜制造的光伏器件的Mott-Schottky图。
图5. (a)p-i-n PSC的示意性结构。（B）用不同溶剂系统制造的0.107-cm 2 PSC的统计PCE。（c）J-V曲线和（d）0.107-cm 2冠军器件的EQE光谱。（e）1.01-cm 2冠军器件的J-V曲线。
图6. 用（a）DMSO-DMF和（B）DMF溶剂体系在各种85 ℃加热时间下制备的钙钛矿膜的SEM图像.用（c）DMSO-DMF和（d）DMF溶剂体系制备的钙钛矿膜的XRD图案作为加热时间的函数.用（e）DMSO-DMF和（f）DMF溶剂体系在各种加热时间下制备的钙钛矿膜的PL光谱.（g）分别用DMSO-DMF和仅DMF溶剂体系制备的PSC的MPP跟踪。
总之，作者开发了一种简单的SSVF策略来制备高质量的钙钛矿薄膜。通过降低湿膜温度，SSVF方法能够精确控制溶剂挥发动力学。这种受控过程防止了RT过程中常见的界面空隙的形成，并产生了具有低陷阱密度的异常致密的晶体钙钛矿薄膜。得益于这种卓越的薄膜质量，SSVF制造的设备在小面积电池（0.107 cm2）的PCE方面表现出26.93%的冠军（认证为26.78%）。至关重要的是，该过程显示出卓越的可扩展性，大面积（1.01 cm2）设备实现了25.81%的极高PCE。这项工作为精确的结晶控制提供了关键的见解，并为高性能PSC的可扩展和稳健制造提供了可行的途径。
器件制备
器件结构：
FTO/SAM/perovskite/PI/C60/SnO2/ITO/Ag
1. FTO清洗，臭氧20分钟。旋涂Me-4PACz和2PACz的乙醇溶液（0.5 mg mL−1，2：1质量比），3000 rpm 30 s旋涂，100 °C退火10 min。
2. 将CsI（0.075 M）、FAI（1.425 M）、MACl（0.3 M）、Pb（SCN）2（0.015 M）和PbI2（1.5 M）溶解在无水DMF中制备的。混合溶剂系统，将相同的前体以1:4的体积比（v/v）溶解在DMSO和DMF的二元溶剂中，搅拌6小时，0.22µm PTFE过滤。
3. 以2，000 rpm 10 s+5，000 rpm 7s旋涂，立即将基板转移到自制的真空闪蒸系统中，冷却至-6 °C持续25 s，并在5 s内将室压快速降低至低于5 Pa并保持40 s，100 ℃退火60分钟。
4. 0.3 mg mL-1 PI以4500 rpm旋涂到钙钛矿膜上30 s,100 ℃下退火5 min
5. 20 nm C60，20 nm SnO2。蒸发140 nm的Ag电极。在2 Pa的压力下，通过射频磁控溅射在ALD-SnO 2和Ag电极之间沉积50 nm厚的ITO层。减反施加到FTO衬底的玻璃侧。
文章信息
H. Zhang, Y. Peng, Y. Zhang, Y. Ji, Z. Feng, H. Huang, Y. Wang, Y. Guo, C. Ge, X. Li, X. Wu, Y. Liu, C. Huang, J. Sun, X. Zhang and J. Peng, Energy Environ. Sci., 2025, DOI: 10.1039/D5EE05421D.
