宋延林课题组在利用低沸点溶剂印刷钙钛矿光伏器件方面取得新进展

　　金属有机-无机杂化钙钛矿材料因其出色的光电性质在近年来被认为是最具潜力的第三代光伏材料之一。目前，实验室制备的钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已与单晶硅太阳能电池相当。目前大多数高效率钙钛矿太阳能电池的制备是在实验室中通过旋涂法制备，然而在诸如刮涂、狭缝涂布、丝棒涂布等高通量的弯液面涂膜方法中，由于无法像旋涂中一样通过反溶剂迅速除去湿膜中的溶剂，所制备的钙钛矿薄膜形貌质量往往欠佳。因此，开发一种无需反溶剂且可通过高通量薄膜沉积制备均一大面积钙钛矿薄膜的方法对钙钛矿太阳能电池的应用具有重要意义。 

　　在国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学所绿色印刷院重点实验室宋延林课题组提出通过低沸点溶剂-中间体工程策略实现无反溶剂刮涂制备高质量钙钛矿薄膜。该策略通过用乙腈-乙酸异丙酯二元混合物作为低沸点溶剂，在甲胺气体的辅助下制备钙钛矿墨水。在涂膜过程中，与单一使用乙腈作为溶剂的钙钛矿墨水相比，使用乙腈-乙酸异丙酯二元溶剂的钙钛矿墨水在室温下生成了稳定的中间体薄膜。在100 °C下退火后，中间体转变为钙钛矿相。钙钛矿薄膜的相变过程被大幅延长，这将有利于最终薄膜的择优取向生长。同时由于乙酸异丙酯较低的蒸汽压，薄膜的结晶速率明显低于使用乙腈溶剂的墨水。这有利于制备拥有更大晶粒尺寸及更低缺陷态密度的钙钛矿薄膜。该方法在刮涂成膜过程中无需反溶剂或风刀吹扫，通过简单退火即可制备高质量的反式钙钛矿太阳能电池。最终通过该策略刮涂制备的MAPbI3钙钛矿太阳能电池实现了20.80%（0.04 cm2）16.37%（14.08 cm2）和15.29%（37.83 cm2）的光电转化效率。该工作为未来大面积制备钙钛矿太阳能模组提供了一种简单、有效的策略。相关研究成果近日发表于Angewandte Chemie International Edition期刊上（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300971）。第一作者是博士生杨永瑞，通讯作者是化学所宋延林研究员与乔雅丽研究员。 


图1 通过低沸点溶剂-中间体工程策略涂膜过程中晶体结构的变化 


图2 通过低沸点溶剂-中间体工程策略涂膜的结晶动力学过程