打印近日南方科技大学章勇、王行柱、徐保民，与韩国成均馆大学Nam-Gyu Park课题组等合作，发表了钙钛矿前驱体的水相合成用于高效钙钛矿太阳能电池的研究成果，提出了水合成钙钛矿微晶作为钙钛矿太阳能电池前体材料，相关成果以“Aqueous synthesis of perovskite precursors for highly efficient perovskite solar cells”为题，发表在学术期刊Science上，成功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一种技术路线。这也是上海光源BL14B1衍射线站支持发表的第11篇关于钙钛矿研究的高水平（Nature/Science）论文。
随着全球对可再生能源的需求不断增长，钙钛矿太阳能电池作为下一代太阳能技术的代表，备受瞩目。研究团队利用BL14B1衍射线站GIWAXS方法得到相关衍射取向，进而获得不同的钙钛矿晶体取向，并且利用特色原位GIWAXS实验方法，研究了退火过程中不同条件下的钙钛矿薄膜的结晶动力学过程，对钙钛矿的结晶机理与器件性能的构效关系提供了有力证明。研究团队同时利用蛋白设施BL17B开展了前期实验的探索工作。本文引入水合成钙钛矿微晶（ASPM）的合成和表征，该微晶提高了钙钛矿前驱体的质量。在公斤级合成FAPbI3中获得了92%的高收率，其材料成本比商业PbI2和FAI低两个数量级。同时，通过去除钙（Ca2+），其中杂质浓度最高，与水溶液中的钠（Na+）和钾（K+）离子一起，钙钛矿微晶体的纯度平均达到99.994 0.0015%。去除这些离子导致缺陷密度降低，并延长了所得钙钛矿薄膜内载流子扩散长度，这有助于提高PSC的性能。论文中提出的方法能够实现公斤级大规模材料生产，并且利用廉价和低纯度的原材料可以合成纯度高达99.996%的甲脒碘化铅（FAPbI3）微晶。借助这些纯化的前驱体，在反式钙钛矿太阳能电池中实现了25.6%的功率转换效率，并在50 C下连续模拟太阳照射1000 小时后保留了初始效率的94%。
图1 钙钛矿薄膜的成核与结晶过程表征
图2 钙钛矿太阳能电池器件性能测试
原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj7081
上海光源衍射线站在钙钛矿研究领域支持的高水平研究工作
https://www.science.org/doi/pdf/10.1126/science.aau5701
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aav8680#acknowledgments
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abb8985
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03406-5
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abf7652
https://www.science.org/doi/10.1126/science.add7331
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade3126
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06784-0
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06637-w
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06892-x
