結晶路徑轉變策略實現高效率高溫工況穩定FACsPbI3鈣鈦礦太陽能電池

近日，南開大學袁明鑒課題組聯合中外課題組開展了高水平合作研究，借助北京、上海同步輻射裝置揭示了無甲胺輔助的FACsPbI3合金鈣鈦礦顯著的結晶與物相時空差異性是導致薄膜內部存在化學組分異質性的關鍵原因。這一組分不均一性直接導致了器件在高溫工況條件下的性能衰減。基于上述發現，研究團隊與合作單位進行了深入的理論模擬分析。為了探明薄膜結晶行為和薄膜組分分布規律，中國科學院高能物理研究所陳雨高級工程師研發了緊湊型的便攜式原位溶液旋涂成膜裝置，在北京同步輻射1W1A漫散射實驗站對鈣鈦礦薄膜的結晶過程進行了原位(旋涂及退火)監測，并結合多種表征方法，探測薄膜結晶過程中不同深度的結晶過程結構演變，發現了薄膜不同深度結晶行為差異性。基于此，研究人員首次提出了具有普適性的配體輔助結晶路徑轉變策略，并通過線站原位裝置證實了結晶調控策略的可靠性——薄膜具有均勻的結晶過程，最終實現了高質量均一組分FACsPbI3合金鈣鈦礦薄膜的可控制備，徹底解決了FACsPbI3鈣鈦礦薄膜的空間組分異質性問題，成功制備了兼具世界一流的能量轉換效率與高溫工況穩定性的鈣鈦礦太陽能電池器件。上述成果還取得福建國家光伏產業計量中心和中國科學院上海微系統與信息技術研究所的權威效率認證。

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因其高效低成本，已成為新一代光伏技術的研究焦點。隨著其從實驗室小規模制備向大規模商業化應用的推進，鈣鈦礦電池在高溫條件下的穩定性成為其進一步發展的主要瓶頸。當前，鈣鈦礦電池的高效性依賴于氯化甲銨添加劑，以穩定其物相并調控結晶。然而，該添加劑在高溫下易分解，顯著削弱了鈣鈦礦電池的高溫運行穩定性。因此，開發無甲銨添加的FACsPbI3合金鈣鈦礦太陽能電池，成為實現高效與高穩定性鈣鈦礦光伏器件的關鍵路徑，也是鈣鈦礦光伏技術產業化落地的核心需求。

來自南開大學的研究人員在1W1A漫散射實驗站開展原位GIWAXS實驗