科技日报记者 吴长锋
记者从中国科学技术大学获悉，该校徐集贤团队揭示了空气环境中制备钙钛矿的退化机理和全过程稳定剂设计原则，实现了常规空气环境中（25-30℃，相对湿度30-50%）一步法制备高效p-i-n反式钙钛矿电池的突破。相关成果2月26日发表于学术期刊《自然·能源》。
此前，徐集贤团队率先创造了稳态认证效率超过26.1%的纪录。然而，目前这些高效器件需要在惰性气氛内制备，直接转移到空气中制备的器件效率和稳定性都大幅退化，这限制了其大规模生产和实际应用。团队实验发现，钙钛矿薄膜的空气制备经历了全过程退化，包括前驱体溶液在水氧环境和加热条件下的快速变质退化，主要机制为卤素氧化和有机阳离子的去质子化；空气中结晶过程水合作用诱导的破坏性相变以及缺陷的大量增殖，尤其是在钙钛矿/电子传输界面额外产生的大量p型缺陷对于的载流子输运十分不利，这使得在空气环境中制造高效稳定的p-i-n器件相对n-i-p器件更具挑战性。
研究团队合成了一种离子液体型的全过程稳定剂——甲酸二甲基胺。甲酸二甲基胺的还原作用以及它与钙钛矿前体的配位键和氢键抑制了有机阳离子的去质子化和卤素离子的氧化，使钙钛矿溶液能够在空气环境和加热条件下长期储存。此外，这种保护作用可以延续至空气中的钙钛矿结晶过程，提高钙钛矿薄膜的结晶度，降低局部孪晶产生和晶粒间表面电势无序度，抑制缺陷诱导的非辐射复合。
这项研究证明了仅进行常规的表面钝化对于空气环境制备钙钛矿是不足的。研究团队在空气环境中制造的p-i-n器件获得了25.4%的实验室最高效率和24.7%的稳态认证效率，接近氮气中制备的同种器件最好水平。同时，研究团队也确认了该技术在宽带隙钙钛矿材料中的普适性，对叠层器件的空气环境制备具有重要的推动意义。
（中国科大供图）