武汉理工大学AM：无反溶剂法制备高效α-FAPbI₃钙钛矿太阳能电池

无反溶剂法是钙钛矿太阳能电池（PSCs）低成本产业化的热门路线，但该工艺存在成核慢、薄膜生长不均等问题，体系中大量溶剂化中间体会阻碍 α-FAPbI₃正常结晶，制约电池性能提升。

针对这一痛点，武汉理工大学团队提出均衡分子相互作用新策略，选用偶极矩 1.9 Debye 的添加剂抑制溶剂化中间体生成。研究人员对多组不同取代基的间苯二甲酸二甲酯衍生物开展对比实验，证实氟取代衍生物可优化物相演化过程。该添加剂能与体系内铅离子、甲脒离子、碘离子分别形成配位、氢键等多重作用，将 α 相主导时间从 150 秒以上缩短至 23 秒，快速完成物相转变，制备出高质量钙钛矿薄膜。

依托该技术，纯 FAPbI₃吸光层、无反溶剂正置结构电池光电转换效率达到 26.28%，创下同类型器件公开报道最高纪录。稳定性测试结果同样亮眼：电池在 85℃高温下老化 1500 小时，效率留存率达 93.7%；经 1000 小时最大功率点追踪测试后，效率仍维持初始水平的 90%。此次研究有效解决了无反溶剂工艺的核心难题，为钙钛矿电池规模化应用提供了可行技术方案。

图 1(a) DMIP 的分子结构以及不同取代基衍生物的静电势图。(b) 对应分子的偶极矩与熔点。(c) 无 antisolvent 钙钛矿薄膜制备流程与原位 PL 监测示意图。(d) PSCs 器件结构。(e) 添加不同分子添加剂器件的 PCE 与 VOC 分布。

图 2(a) 对照组与 DMIP-X 薄膜旋涂及退火全过程采集的原位 PL 谱。(b) 旋涂过程中间相峰与 α 相峰强度随时间变化曲线。(c) 旋涂退火后薄膜的稳态 PL 谱。(d) 峰值强度比值、积分峰面积比值（α-phase/intermediate）以及 α-phase dominance time。

图 3(a) 钙钛矿晶体生长过程原位光学显微镜图像。(b) 薄膜退火过程原位 UV–vis 吸收光谱。(c) 钙钛矿薄膜俯视 SEM 图（插图：晶粒尺寸分布）；(d) 截面 SEM 图。(e) 薄膜表面 AFM 图像。(f) 钙钛矿薄膜不同仪器 ψ 角（10°–50°）下的 GIXRD 图谱。(g) 钙钛矿薄膜光致发光时间分辨共聚焦成像；(h) 荧光寿命成像图。(i) 钙钛矿薄膜 TA 光谱演化伪彩图

图 4(a、b) FAI、DMIP-F 及其混合溶液的 1H NMR 谱图。(c) DMIP-F、DMIP-F + PbI2 溶液的 1H NMR 谱图。(d) FAI、DMIP-F 及其混合溶液的 13C NMR 谱图。(e) DMIP-F、DMIP-F + PbI2 溶液的 13C NMR 谱图。粉末 FTIR 光谱：(f) FAI、DMIP-F、FAI + DMIP-F；(g) PbI2、DMIP-F、PbI2 + DMIP-F。含 / 不含 DMIP-F 钙钛矿薄膜的 XPS 谱：(h) Pb 4f，(i) I 3d。

示意图 1无 antisolvent 体系中 DMIP-F 调控结晶机理示意图。

图 5(a) 对照组与 DMIP-F 器件能级图。(b) 对照组与 DMIP-F 薄膜 PL 谱、(c) TRPL 衰减曲线。(d) 含 / 不含 DMIP-F 薄膜的 PLQY 与推导得到的 QFLS。(e) 对照组与 DMIP-F 器件填充因子损耗。对照组与 DMIP-F 器件测试曲线：(f) 暗态 J–V 曲线，(g) Mott–Schottky 图，(h) Nyquist 图。(i) 含 / 不含 DMIP-F 空穴单传输器件 SCLC 曲线。

图 6(a) 对照组与 DMIP-F 器件 J–V 曲线。(b) EQE 谱与积分电流密度。(c) 稳态功率输出曲线。(d) VOC 随光照强度变化关系。(e) 大面积模组 J–V 曲线。(f) 无 antisolvent 旋涂制备器件已报道最优 PCE 汇总。(g) 封装后对照组与 DMIP-F 器件 MPP 追踪稳定性测试。(h) 对照组与 DMIP-F 器件热稳定性追踪测试。