西湖大学王睿AM：无MA钙钛矿结晶与可扩展刮涂钝化实现高操作稳定性的钙钛矿太阳能模块

来源：知光谷发布时间：2025-12-22 08:52:19

钙钛矿太阳能模块（PSMs）要实现商业化，不仅需要高功率转换效率（PCE），还必须具备长期的操作稳定性。然而，从实验室旋涂钙钛矿太阳能电池（PSCs）扩展到可规模化制备的PSMs时，由于结晶动力学不匹配、缺陷钝化失效和组分降解等问题，效率和稳定性均会下降。

本研究西湖大学王睿等人通过三管齐下的策略解决了这些挑战。首先，我们解析了操作稳定性的组分起源，确定无MA（甲基铵）的Cs-FA（甲脒）组分在持续运行条件下具有本征稳定性。其次，我们通过控制CsPbX₃中Br的掺入，调控空气处理的可扩展刮涂的相变和结晶路径，平衡前驱体溶解度、成核动力学及α相稳定性，从而获得致密且缺陷受抑制的薄膜。最后，我们分析了可扩展钝化失效的根本原因，开发了环己烷甲脒（CHCA）作为刮涂兼容的钝化剂，实现了均匀、持久的缺陷抑制。优化后的器件在小面积（0.646 cm²）和大面积（20.8 cm²）分别实现了26.1%和22.8%的PCE。

同时，我们记录了优异的操作稳定性：PSC的T₉₆达～3200小时，PSM的T₈₄达～2000小时。本研究为在工业相关条件下实现高操作稳定性的钙钛矿太阳能模块建立了机制框架。

研究亮点：

本征稳定组分设计：系统评估不同阳离子、卤素对稳定性的影响，明确无MA的Cs-FA钙钛矿在持续光照和热应力下具有更优的本征稳定性，奠定模块稳定运行的材料基础。
刮涂友好结晶调控：通过Br部分取代I，调控CsPbX₃相变诱导剂，优化前驱体溶解性、成核动力学与α相稳定性，实现空气刮涂制备高质量、大面积钙钛矿薄膜。
刮涂兼容钝化分子设计：针对刮涂过程中钝化剂分布不均的问题，设计具有柔性环己基结构的CHCA分子，实现均匀表面覆盖与界面能级匹配，显著抑制缺陷态，提升器件效率与长期稳定性。