華北電力、EPFL、復旦合作AM：模擬工業化鈣鈦礦FAPbI?微晶制備過程!

鈣鈦礦太陽能電池被認為是最有希望顛覆傳統硅電池的下一代光伏技術，其中甲脒碘化鉛（ FAPbI3）因其理想的帶隙和優異的載流子輸運性能，被視為沖擊超高效率的核心材料。然而，FAPbI3 的“黑相”在空氣中極不穩定，前驅體溶液易降解、成膜過程高度敏感，導致器件效率雖高卻難以重復，更難以放大到實際應用尺度。過去十余年，大量研究圍繞添加劑、溶劑和界面工程展開，試圖“修補”成膜過程，但一個更根本的問題長期被忽視：如果前驅體本身不穩定、結構不可控，再精細的成膜工藝也只是治標不治本。

在此，華北電力大學姚建曦教授，洛桑聯邦理工費兆福博士/Paul J. Dyson教授和復旦大學張鴻教授 從“前驅體源頭”出發，通過聚合物介導的 α-FAPbI3 微晶合成與再溶解策略，重構了鈣鈦礦的結晶起點，實現了空氣中可規?；苽涞母哔|量鈣鈦礦薄膜，并在效率、穩定性和大面積器件性能上同時取得突破。相關成果以 “Scalable Fabrication of High-Efficiency Thin-Film Perovskite Solar Cells in Air via Polymer-Mediated Synthesis of α-FAPbI3 Microcrystals” 為題發表在《

Advanced Materials

PPG 介導的 α-FAPbI 3 微晶合成：實現長期空氣穩定

作者通過在 逆 溫結晶（ ITC ）過程中引入少量聚丙二醇（ PPG ），成功制備出 表面被 PPG 修飾的 α-FAPbI 3 微晶 。該策略顯著增強了 Pb2 ? 與氧原子之間的配位作用，使微晶在 常溫、空氣環境中可穩定保存超過 6 個月而不發生相變或分解 。更重要的是，該方法可使用 低純度 PbI 2 原料 ，在單批次中實現近 50 g 級別 的 α-FAPbI 3 微晶合成，產率超過 95% ，從材料源頭上顯著降低了成本，并滿足大面積組件制備需求。

微晶再溶解誘導的協同結晶調控機制

不同于傳統 “ 鹽類直接溶液旋涂 ” 的制膜路線，作者采用 微晶再溶解策略 制備鈣鈦礦前驅體溶液。實驗表明， PPG 修飾的 α- FAPbI ? 微晶在 DMF/DMSO 體系中再溶解后，會形成尺寸更大的膠體物種，這些膠體在薄膜成核與生長過程中發揮關鍵調控作用。

原位 GIWAXS 與原位 PL 結果清楚表明，該策略能夠：顯著抑制 δ- FAPbI ? 中間相的形成 ， 加速 α- FAPbI ? 的直接成核 ， 誘導晶體沿 (100) 晶面優先生長

從而獲得 結晶度更高、取向更一致、殘余應變更低、缺陷密度顯著降低 的高質量鈣鈦礦薄膜。

器件性能： 26.5% 實驗室效率與高效大面積組件

基于上述高質量薄膜，作者構筑的常規結構 PSC 在實驗室小面積器件（ 0.06 cm2 ）上實現了 26.50% 的光電轉換效率（認證效率 26.22% ） ，同時獲得了高達 1.214 V 的開路電壓 ，屬于 FAPbI ? 體系中的領先水平。

在大面積器件方面，利用該策略制備的鈣鈦礦太陽能組件在 28.99 cm2 的有效面積上實現了 22.66% 的轉換效率 ，展現出優異的均勻性與工藝可擴展性。

穩定性表現：長壽命微晶 + 器件雙重優勢

得益于 PPG 對 Pb2 ? 缺陷的有效鈍化、晶格應變的釋放以及薄膜疏水性的提升，所得器件展現出卓越的長期穩定性：未封裝器件在 1% 相對濕度、 25 °C 條件下儲存 2880 小時 后，仍保持 92.6% 初始效率 ， 在熱穩定（ 85 °C ）與高濕環境下，性能衰減顯著優于對照樣品 ， 即便使用 存放 6 個月的微晶原料 制備器件，效率幾乎無明顯下降，證明其對工業存儲與運輸高度友好 。

小結與意義

本工作提出了一種 “ 聚合物穩定微晶 + 再溶解調控結晶 ” 的全新鈣鈦礦制備范式，不僅從機理層面闡明了聚合物 - 鈣鈦礦之間的配位與成核調控機制，而且在工程層面同時解決了 材料穩定性、空氣制備、成本控制與大面積制造等關鍵問題。

該研究為鈣鈦礦太陽能電池從實驗室走向規?；a提供了具有現實可行性的解決方案，也為未來高效率、長壽命鈣鈦礦光伏技術的商業化奠定了堅實基礎。

參考文獻：

https://doi.org/10.1002/adma.202522508