北大趙清Sci Adv：適用于PSCs高耐受性制造的結(jié)晶激活型防潮屏障體系

發(fā)表時間：2025-10-30 10:22

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主要內(nèi)容

在退火過程中，水分雖能促進(jìn)鈣鈦礦結(jié)晶，但這種促進(jìn)作用僅在極為狹窄的濕度范圍內(nèi)有效，這極大地限制了鈣鈦礦太陽能電池（尤其是甲脒基碘化鉛鈣鈦礦太陽能電池）的穩(wěn)定大規(guī)模生產(chǎn)。為攻克這一關(guān)鍵難題，由北京大學(xué)趙清教授和新加坡國立大學(xué)Luo, Xiao教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊，在鈣鈦礦薄膜中創(chuàng)新性地引入了一種“結(jié)晶激活型防潮屏障”。

該屏障在初始退火階段可呈現(xiàn)液態(tài)/結(jié)晶相，能夠允許水分進(jìn)入薄膜內(nèi)部，進(jìn)而助力結(jié)晶過程；隨后，水分向上遷移，并在薄膜表面形成一層致密的疏水層，可有效保護(hù)鈣鈦礦免受高濕度環(huán)境的損害。這種“防潮屏障”顯著增強(qiáng)了鈣鈦礦薄膜制造過程對濕度的適應(yīng)性，使其在20%至90%以上的寬范圍相對濕度條件下均能實現(xiàn)穩(wěn)定制備。此外，該屏障還具備調(diào)控體相結(jié)晶和鈍化表面缺陷的雙重功能。結(jié)晶激活型防潮屏障有效降低了鈣鈦礦薄膜在退火過程中對濕度的敏感性，為制造高耐受性鈣鈦礦光伏器件提供了有力保障。

總之，在本研究中，趙清教授與Luo, Xiao教授團(tuán)隊構(gòu)建了一種結(jié)晶激活型防潮屏障，成功克服了空氣退火階段水分對鈣鈦礦薄膜的“雙刃劍”效應(yīng)。在初始退火階段，十二烷基三甲基溴化銨（DTAB）存在于薄膜內(nèi)部，助力水分輔助結(jié)晶；退火完成后，DTAB遷移至薄膜表面，形成疏水屏障。這一策略使得在不同濕度條件下，甚至在季節(jié)性濕度波動導(dǎo)致的極端高濕度環(huán)境（93%相對濕度）中，都能制備出高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。此外，得益于其缺陷鈍化能力和疏水性，該屏障分子可作為抵御水分的強(qiáng)效防護(hù)層，使優(yōu)化后的鈣鈦礦薄膜在光照、高溫和高濕度條件下的穩(wěn)定性得到顯著提升。優(yōu)化后的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）高達(dá)25.33%，填充因子（FF）為84.93%。未封裝的器件展現(xiàn)出**的長期穩(wěn)定性，在濕熱條件（ISOS - D - 3）下老化350小時后，仍能保持初始PCE的84.9%；在ISOS - D - 1條件下老化2602小時后，仍能保持初始PCE的94.6%。

本研究大幅提升了鈣鈦礦太陽能電池制備工藝對高濕度的耐受性，有效減輕了季節(jié)性濕度波動對制備過程的影響，對加速穩(wěn)定鈣鈦礦光伏器件的工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)具有重要的推動意義。