溶剂熏蒸调控宽禁带钙钛矿晶粒生长实现低开路电压损耗及效率超30%的钙钛矿/TOPCon叠层太阳能电池

为解决宽禁带钙钛矿太阳能电池（PSCs）因混合卤化物导致的结晶过快、薄膜质量差及开路电压（VOC ）损耗高的问题，研究人员通过二甲基亚砜（DMSO）熏蒸调控钙钛矿湿膜晶粒生长，显著延长中间相存在时间，获得大晶粒低缺陷薄膜。基于此制备的1.65 eV带隙PSCs效率达23.19%，VOC 损耗仅0.391 V；钙钛矿/TOPCon叠层电池效率突破30.9%。该策略为高性能宽禁带PSCs及叠层器件提供了简易有效的解决方案。

　　

在追求更高光电转换效率的竞赛中，钙钛矿太阳能电池（PSCs）以其26%的认证效率逼近肖克利-奎瑟极限，而宽禁带（E_g
≥1.65 eV）钙钛矿与硅电池的能带互补性使其成为叠层器件的理想选择。然而，混合卤化物引发的相分离、快速结晶导致的薄膜缺陷，以及高达0.5 V的V_OC
损耗，成为制约宽禁带PSCs性能的三大瓶颈。尤其当溴（Br^?
）引入时，二甲基亚砜（DMSO）与PbBr₂
的弱配位性进一步加剧了结晶失控，传统溶剂工程又面临均质化溶液制备困难的问题。

针对这一挑战，来自中国的科研团队创新性地提出DMSO气相熏蒸策略。通过构建饱和DMSO气氛延缓中间相（AX–PbX₂
–DMSO）向钙钛矿的转化，实现了晶粒尺寸从500 nm到微米级的跨越，并将深能级缺陷密度降低一个数量级。该研究发表于《Science Bulletin》，为宽禁带钙钛矿薄膜质量控制提供了新范式。

关键技术包括：DMSO气相熏蒸系统构建、原位紫外-可见光谱监测中间相转化动力学、飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）分析组分分布、稳态/瞬态荧光光谱表征载流子动力学，以及基于1.65 eV/1.68 eV带隙PSCs的TOPCon叠层器件集成。

【实验结果】

1. 结晶调控机制：DMSO熏蒸使中间相存在时间从90秒延长至210秒，晶粒尺寸增大至1.2 μm，X射线衍射（XRD）显示α相纯度提升至98%。
2. 缺陷钝化效应：傅里叶变换光电流谱（FTPS）证实Urbach能量从24 meV降至16 meV，深能级缺陷密度降低至10¹⁵
   cm^?3
   。
3. 器件性能突破：1.65 eV PSCs获得23.19%效率（认证22.8%），V_OC
   达1.259 V，填充因子（FF）创83.73%纪录；30.9%效率的叠层电池首次实现DMSO熏蒸工艺与TOPCon硅底电池的兼容。

【结论与意义】
该研究揭示了气相溶剂调控钙钛矿结晶动力学的新机制：DMSO熏蒸通过强化Pb-X₂
配位作用，重构了结晶路径的能垒分布。相较于液相添加剂，气相处理避免了前驱体溶液的组分干扰，使该方法具备更好的工艺兼容性。所获30.83%认证效率的叠层器件，标志着溶剂熏蒸技术在产业化应用中的潜力。值得注意的是，该方法对旋涂大面积成膜同样有效，为钙钛矿组件量产提供了新思路。研究团队特别指出，该策略可拓展至其他高沸点溶剂体系，为多元钙钛矿组分设计开辟了更广阔的相空间。