打印近年来，钙钛矿太阳能电池由于卤化物钙钛矿的出色光伏性能（如高光吸收系数和长电荷载流子扩散长度何出色的缺陷容忍度），以及便捷的溶液制造工艺，引起了研究者的广泛关注。迄今为止，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已提高到26.1%的记录效率。两步沉积法是制备钙钛矿薄膜的主要工艺之一，可在不使用有毒抗溶剂的情况下实现更好的器件稳定性和更好的可重复性。尽管如此，两步沉积中的异质成核过程会导致钙钛矿薄膜产生组分的不均匀分布从而损害薄膜的结晶质量，导致大量缺陷形成，这些缺陷一方面在作为有害的复合中心降低器件效率，另一方面在器件运行期间诱导离子迁移和相分离，影响器件运行稳定性。而在湿度环境中退火可改善两步法制备钙钛矿薄膜的均匀性，但钙钛矿薄膜对湿度的敏感性造成退火湿度窗口较窄，从而提高了环境控制成本降低了制备的重复性，因此急需一种具有高重复性的可控的水处理工艺。
针对以上问题，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）上海光源科学中心的苏圳煌、高兴宇等与南京工业大学陈永华团队合作，在Advanced Functional Materials上发表题为“Controlling Water for Enhanced Homogeneities in Perovskite Solar Cells with Remarkable Reproducibility”的研究文章（Adv. Funct. Mater. 2024, 2403690）。该文章揭示了钙钛矿两步沉积法中水分的重要作用，并开发了一种简单行之有效的新方法，即在退火前在两步沉积的钙钛矿中间相薄膜上旋涂含有微量水的乙酸乙酯(W-EA)溶液，在没有额外成分调节的情况下，改善了薄膜的结晶度和均匀性。原位GIWAXS实验强调了W-EA处理加速湿膜中插层反应结晶动力学，促进高质量的钙钛矿薄膜形成。基于该方法所制备电池的最佳功率转换效率为25.01%，并表现出增强的抗湿性，在环境条件下1000小时后保持了88%的效率。尤其是W-EA处理简化了制造过程，极大减少了对环境湿度控制的依赖，对生产高性能钙钛矿太阳能电池具有重要意义。
图1：变角度GIWAXS对钙钛矿薄膜中的面外结晶表征
论文的第一作者为上海高研院与上海应物所的联合培养博士生王晨越，共同第一作者为上海高研院博士生何丙辰和西北工业大学博生生惠炜，通讯作者为苏圳煌与高兴宇以及陈永华，论文第一单位为上海高研院。该工作得到了上海高研院的孙波、文闻、王思胜，侯晨，郑官豪杰以及西北工业大学宋霖和上海科技大学宁志军等人的支持和帮助。该项目得到自然科学基金项目和中国科学院上海分院上海基础研究试点项目的资助。该工作还得到上海光源BL14B1和BL03HB以及用户辅助管理系统的提供的支持和帮助。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202403690