重要发现

南方科技大学徐保民、章勇、王行柱研究团队，提出了水相合成的钙钛矿微晶体作为钙钛矿太阳能电池的前驱体材料。该合成方法可实现公斤级规模的大规模生产，并从廉价、低纯度的原料，合成高达99.996%纯度的甲脒碘化铅（FAPbI3）微晶体。利用这些纯化的前驱体，在倒置钙钛矿太阳能电池中获得了25.6%（25.3%认证）的功率转换效率（PCE），并在连续1000小时的模拟太阳能照明后仍保持了94%的初始PCE。相关研究成果以 “Aqueous synthesis of perovskite precursors for highly efficient perovskite solar cells” 为题，于2024年2月发表在Science上。

研究意义

该研究在高效钙钛矿太阳能电池领域取得了显著突破，成功地开发了使用水作为溶剂合成钙钛矿前驱体的方法，并揭示了水相合成钙钛矿晶体前驱体的纯化机制，为制备高效太阳能电池并大幅降低原料成本提供了重要支持。

研究背景

高效钙钛矿太阳能电池（PSCs）具有低成本制造和高功率转换效率（PCE）的潜力，但钙钛矿层中的缺陷是实现高PCE的主要挑战。高纯度前驱体材料在最大限度地减少杂质引起的固有缺陷方面显示出相当大的潜力。因此，找到去除前体杂质的方法，以及更好地了解杂质的影响，可以提高PSCs的性能。

研究内容

研究人员开发了一种使用水作为溶剂合成钙钛矿前驱体的方法，不仅为钙钛矿晶体合成建立了溶剂筛选标准，同时还建立了钙钛矿晶体原料评价方法。该团队还深入研究了水相合成钙钛矿晶体的纯化机制，表明水溶剂能够去除前驱体中的杂质，如钙、钠和钾离子，是晶体纯度提高的主要原因。杂质的减少不仅降低了缺陷密度，还延长了最终钙钛矿薄膜中的载流子扩散长度，为钙钛矿太阳能电池的卓越性能提供了有力支持。