南京工業大學黃維院士&陳永華教授團隊Chem：室溫熔融鹽在環境空氣中快速制備高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池

【引言】

科研人員在研究鈣鈦礦太陽能電池的過程中，注意力大都集中在高質量薄膜制備、器件結構優化以及界面調控等方面，忽略了對鈣鈦礦溶劑的研究。實際上，這是實驗室尤其是工業化大生產非常關注的也是非常重要的必須要考慮的問題，其要求綠色、無污染、空氣中制備以及易于操作等。并且目前大多高效率的鈣鈦礦需要反溶劑輔助結晶，而反溶劑法要求極高的操作水平，而且同一實驗，每一批次、不同課題組、不同實驗人員的差別非常大，可操作性低。

【成果簡介】

近日，南京工業大學IAM黃維院士和陳永華教授團隊在國際著名期刊Cell的姊妹期刊Chem上發表題為Room-Temperature Molten Salt for Facile Fabrication of Efficient and Stable Perovskite Solar Cells in Ambient Air的文章。文章的共同第一作者為碩士生晁凌鋒和副研究員夏英東老師。合作者包括澳門大學邢貴川教授以及湖南第一師范學院李必鑫老師。

該團隊報道了一種新穎的室溫熔融鹽溶劑（醋酸甲胺）空氣中一步法制備鈣鈦礦薄膜并獲得了高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池的方法，這種方法打破了傳統的高毒性、強配位的質子型DMF、DMSO、NMP等溶劑。在80%的濕度環境下，通過簡單一步旋涂法制備的MAPbI₃體系獲得了超過20%的效率，薄膜在空氣中、濕度在60%以上的環境中放置3000多小時沒有任何變化。器件在暗態和光照下經過1000小時衰減很小，表現出極好的穩定性。此外，這種方法適用于多種鈣鈦礦體系及不同器件結構。PbI₂+MAI，PbI₂+MACl，PbI₂+MABr，PbBr₂+MAI等體系的鈣鈦礦；除了正置結構，也制備了倒置結構的電池，性能表現優異，是一種普適性的溶劑和試驗方法。

【圖文導讀】

圖1.基于醋酸甲胺(MAAc)溶劑的鈣鈦礦前軀體溶液特性

A 基于醋酸甲胺溶劑鈣鈦礦前軀體溶液的DLS圖； B 基于DMF溶劑鈣鈦礦前軀體溶液的DLS圖；C MAAc、DMF、DMSO、NMP溶劑溶解的鈣鈦礦前軀體溶液；D MAAc以及其鈣鈦礦粉末的紅外譜圖；E DMF以及其鈣鈦礦粉末的紅外譜圖。

圖2.

A 不同旋涂溫度下的鈣鈦礦薄膜形貌；B 鈣鈦礦薄膜的穩定性；C鈣鈦礦粉末的核磁氫譜圖；D 鈣鈦礦粉末的紅外譜圖。

圖3.

A 器件結構圖； B 鈣鈦礦器件的J-V曲線圖；C 鈣鈦礦器件的正反掃J-V曲線圖；D 鈣鈦礦器件不同掃描速率下的J-V曲線圖；E 鈣鈦礦器件在黑暗和光照條件下的穩定性；F 30個器件的高斯分布。

圖4.

A MAAc和DMF條件下器件的暗電流；B Voc隨光強度的變化而變化。

【總結】

本文中，作者展示了一種全新的無毒、可忽略蒸汽壓、性質穩定的室溫熔鹽溶劑制備鈣鈦礦太陽能電池，打破了鈣鈦礦太陽能電池必須在惰性環境中的限制，通過簡單的一步旋涂法成功在濕度空氣中制備出超過20%效率的鈣鈦礦太陽能電池，這種方法簡單、易操作且重復性高。穩定性也獲得了重大突破。此項工作對于鈣鈦礦光伏器件在空氣中大批量生產具有里程碑意義。

致謝: 本工作感謝南京郵電大學儀明東教授，西安交通大學冉晨鑫老師以及上海光源高新宇教授以及楊迎國老師的幫助。

文獻鏈接：Chao, L.; Xia, Y.; Li, B.; Xing, G.; Chen, Y.; Huang. Room-Temperature Molten Salt for Facile Fabrication of Efficient and Stable Perovskite Solar Cells in Ambient Air. Chem, Doi:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.02.025.

本文由陳永華教授團隊供稿，材料人編輯部編輯

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