近日，我院有機鈣钛礦光伏技術團隊在刮刀塗布鈣钛礦光伏研究方面取得新進展，相關工作“Synergistic Effect of H+and I−Oxidation Enables Long-Term Stability of the Precursor Solutions and Enhanced Performance of FA-Dominated Perovskite Solar Cells.”和“Suppressing the phase separation in FAMA mixed perovskite solar cells via the preloading of A site cations within the lattice.”以BETVLCTOR伟德官方网站為第一單位分别發表在國際期刊《Advanced Functional Materials》（2024,DOI:10.1002/adfm.202411183）和《Chemical Engineering Journal》（2024,DOI:10.1016/j.cej.2024.154612）。碩士研究生尹松、焦學緯、劉旭東、劉明軒為論文共同第一作者，孔偉光教授和楊少鵬教授為共同通訊作者。
鈣钛礦前驅體溶液中存在複雜的化學演化，使得MA在FAMA混合體系鈣钛礦中的作用還遠未被完全了解。作者研究闡明了過量的H+促進了以FA為主的鈣钛礦中MA和FA組分的平衡和快速組裝，并阻礙了前驅體溶液中MA和FA之間的親核反應引起的不利化學演化，而I−氧化加速了鈣钛礦的原位結晶。利用這種協同效應，團隊成功制造了具有任意可調x值的厘米級FAxMA(1-x)PbI3單晶。此外，引入過氧乙酸作為添加劑，使用刮刀塗布工藝制備的FA0.9MA0.1PbI3鈣钛礦太陽能電池（PSCs）實現了23.7%的效率。該效率是迄今為止使用刮刀塗布工藝同時FA含量超過90%的最高值之一。本研究中開發的優化解決方案實現了卓越的穩定性，使其可以在空氣條件下儲存超過2個月，而電池效率不會明顯下降。
将MA作為摻雜劑對于穩定α相FAPbI3的晶格結構非常有利，但隻有在MA摻雜水平較高的情況下才能實現均勻的相混合，這極大影響了以FA為主的鈣钛礦太陽能電池（PSCs）的效率和穩定性。作者研究闡述了在FAMA混合鈣钛礦的成核階段，MA+與FA+相比，在與PbI3-的反應中表現出顯著的動力學優勢。MAPbI3的快速結晶不僅會誘導FA-MA分離，而且會因體積龐大的FA+離子誘導的應變而阻礙鈣钛礦的結晶。作者通過引入FA0.8MA0.2PbI3單晶作為制備前驅體溶液的材料源，從而在晶格穩定性和帶隙（Eg=1.54eV）之間實現了微妙的平衡。預先進入到PbI3-骨架内的A位陽離子通過刮刀塗布使得以FA為主的鈣钛礦薄膜暴露在空氣環境中保持了一年以上的相穩定性，最終的PSCs（0.09cm2）實現了23.66%的轉換效率，跻身于刮刀塗布PSCs的最高效率記錄之列。該結果為進一步制備更高性能、更穩定的鈣钛礦太陽能電池提供了新思路。
以上工作均得到了國家自然科學基金(No. 62274055,No. 61904048)、河北省自然科學基金、河北省重點研發計劃（No. F2021201017）等項目的資助，以及BETVLCTOR伟德官方网站物理學院公共測試中心的大力支持。
論文鍊接：https://doi.org/10.1002/adfm.202411183
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.154612
