西湖大學(xué)王睿AM：無MA鈣鈦礦結(jié)晶與可擴(kuò)展刮涂鈍化實(shí)現(xiàn)高操作穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽(yáng)能模塊

鈣鈦礦太陽(yáng)能模塊（PSMs）要實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，不僅需要高功率轉(zhuǎn)換效率（PCE），還必須具備長(zhǎng)期的操作穩(wěn)定性。然而，從實(shí)驗(yàn)室旋涂鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）擴(kuò)展到可規(guī)模化制備的PSMs時(shí)，由于結(jié)晶動(dòng)力學(xué)不匹配、缺陷鈍化失效和組分降解等問題，效率和穩(wěn)定性均會(huì)下降。

本研究西湖大學(xué)王睿等人通過三管齊下的策略解決了這些挑戰(zhàn)。首先，我們解析了操作穩(wěn)定性的組分起源，確定無MA（甲基銨）的Cs-FA（甲脒）組分在持續(xù)運(yùn)行條件下具有本征穩(wěn)定性。其次，我們通過控制CsPbX?中Br的摻入，調(diào)控空氣處理的可擴(kuò)展刮涂的相變和結(jié)晶路徑，平衡前驅(qū)體溶解度、成核動(dòng)力學(xué)及α相穩(wěn)定性，從而獲得致密且缺陷受抑制的薄膜。最后，我們分析了可擴(kuò)展鈍化失效的根本原因，開發(fā)了環(huán)己烷甲脒（CHCA）作為刮涂兼容的鈍化劑，實(shí)現(xiàn)了均勻、持久的缺陷抑制。優(yōu)化后的器件在小面積（0.646 cm2）和大面積（20.8 cm2）分別實(shí)現(xiàn)了26.1%和22.8%的PCE。

同時(shí)，我們記錄了優(yōu)異的操作穩(wěn)定性：PSC的T??達(dá)～3200小時(shí)，PSM的T??達(dá)～2000小時(shí)。本研究為在工業(yè)相關(guān)條件下實(shí)現(xiàn)高操作穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽(yáng)能模塊建立了機(jī)制框架。

研究亮點(diǎn)：

1. 本征穩(wěn)定組分設(shè)計(jì)：系統(tǒng)評(píng)估不同陽(yáng)離子、鹵素對(duì)穩(wěn)定性的影響，明確無MA的Cs-FA鈣鈦礦在持續(xù)光照和熱應(yīng)力下具有更優(yōu)的本征穩(wěn)定性，奠定模塊穩(wěn)定運(yùn)行的材料基礎(chǔ)。

2. 刮涂友好結(jié)晶調(diào)控：通過Br部分取代I，調(diào)控CsPbX?相變誘導(dǎo)劑，優(yōu)化前驅(qū)體溶解性、成核動(dòng)力學(xué)與α相穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)空氣刮涂制備高質(zhì)量、大面積鈣鈦礦薄膜。

3. 刮涂兼容鈍化分子設(shè)計(jì)：針對(duì)刮涂過程中鈍化劑分布不均的問題，設(shè)計(jì)具有柔性環(huán)己基結(jié)構(gòu)的CHCA分子，實(shí)現(xiàn)均勻表面覆蓋與界面能級(jí)匹配，顯著抑制缺陷態(tài)，提升器件效率與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

Operationally Stable Perovskite Solar Modules Enabled by MA-Free Perovskite Crystallization and Passivation via Scalable Coating

Jiazhe Xu, Shaochen Zhang, Donger Jin, Zhendong Cheng, Xiaonan Wang, Xiaohe Miao, Qinggui Li, Qile Jin, Dawei Di, Jingjing Xue, Rui Wang

First published: 19 December 2025

https://doi.org/10.1002/adma.202519198

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