南京工业大学黄维院士&陈永华教授团队Chem：室温熔融盐在环境空气中快速制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池

【引言】

科研人员在研究钙钛矿太阳能电池的过程中，注意力大都集中在高质量薄膜制备、器件结构优化以及界面调控等方面，忽略了对钙钛矿溶剂的研究。实际上，这是实验室尤其是工业化大生产非常关注的也是非常重要的必须要考虑的问题，其要求绿色、无污染、空气中制备以及易于操作等。并且目前大多高效率的钙钛矿需要反溶剂辅助结晶，而反溶剂法要求极高的操作水平，而且同一实验，每一批次、不同课题组、不同实验人员的差别非常大，可操作性低。

【成果简介】

近日，南京工业大学IAM黄维院士和陈永华教授团队在国际著名期刊Cell的姊妹期刊Chem上发表题为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为硕士生晁凌锋和副研究员夏英东老师。合作者包括澳门大学邢贵川教授以及湖南第一师范学院李必鑫老师。

该团队报道了一种新颖的室温熔融盐溶剂（醋酸甲胺）空气中一步法制备钙钛矿薄膜并获得了高效稳定的钙钛矿太阳能电池的方法，这种方法打破了传统的高毒性、强配位的质子型DMF、DMSO、NMP等溶剂。在80%的湿度环境下，通过简单一步旋涂法制备的MAPbI₃体系获得了超过20%的效率，薄膜在空气中、湿度在60%以上的环境中放置3000多小时没有任何变化。器件在暗态和光照下经过1000小时衰减很小，表现出极好的稳定性。此外，这种方法适用于多种钙钛矿体系及不同器件结构。PbI₂+MAI，PbI₂+MACl，PbI₂+MABr，PbBr₂+MAI等体系的钙钛矿；除了正置结构，也制备了倒置结构的电池，性能表现优异，是一种普适性的溶剂和试验方法。

【图文导读】

图1.基于醋酸甲胺(MAAc)溶剂的钙钛矿前躯体溶液特性

A 基于醋酸甲胺溶剂钙钛矿前躯体溶液的DLS图； B 基于DMF溶剂钙钛矿前躯体溶液的DLS图；C MAAc、DMF、DMSO、NMP溶剂溶解的钙钛矿前躯体溶液；D MAAc以及其钙钛矿粉末的红外谱图；E DMF以及其钙钛矿粉末的红外谱图。

图2.

A 不同旋涂温度下的钙钛矿薄膜形貌；B 钙钛矿薄膜的稳定性；C钙钛矿粉末的核磁氢谱图；D 钙钛矿粉末的红外谱图。

图3.

A 器件结构图； B 钙钛矿器件的J-V曲线图；C 钙钛矿器件的正反扫J-V曲线图；D 钙钛矿器件不同扫描速率下的J-V曲线图；E 钙钛矿器件在黑暗和光照条件下的稳定性；F 30个器件的高斯分布。

图4.

A MAAc和DMF条件下器件的暗电流；B Voc随光强度的变化而变化。

【总结】

本文中，作者展示了一种全新的无毒、可忽略蒸汽压、性质稳定的室温熔盐溶剂制备钙钛矿太阳能电池，打破了钙钛矿太阳能电池必须在惰性环境中的限制，通过简单的一步旋涂法成功在湿度空气中制备出超过20%效率的钙钛矿太阳能电池，这种方法简单、易操作且重复性高。稳定性也获得了重大突破。此项工作对于钙钛矿光伏器件在空气中大批量生产具有里程碑意义。

致谢: 本工作感谢南京邮电大学仪明东教授，西安交通大学冉晨鑫老师以及上海光源高新宇教授以及杨迎国老师的帮助。

文献链接：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.

本文由陈永华教授团队供稿，材料人编辑部编辑

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