原位反应辅助的均匀结晶技术，用于制备高效且稳定的倒置结构无机钙钛矿光伏器件

《Materials Today Energy》：In situ reaction assisted homogeneous crystallization for efficient and stable inverted inorganic perovskite photovoltaics

通过在无机钙钛矿预溶液中引入Co(Ac)?/DMAI，生成DMAAc和CoI?抑制非辐射复合并调控结晶动力学，使PCE提升至20.67%。后续1,4-丁二胺后处理将PCE进一步优化至21.36%，并保持800小时85%以上稳定性。

　　在当前的太阳能电池研究领域，无机钙钛矿太阳能电池（IPSCs）因其优异的光热稳定性和适用于钙钛矿/晶体硅叠层电池的带隙特性而受到广泛关注。然而，无机钙钛矿材料在成核和结晶过程中表现出一定的特点，这可能会导致晶体内部出现额外的缺陷，并引发严重的非辐射复合现象，从而影响其整体性能。为了解决这些问题，研究者们不断探索新的材料和工艺，以提升IPSCs的光电转换效率（PCE）和稳定性。

本研究提出了一种创新的策略，即将（Co(Ac)?/DMAI）混合到钙钛矿前驱体溶液中，从而制备出高质量的钙钛矿薄膜。这一过程涉及到DMAI与Co(Ac)?之间的离子交换反应，最终生成DMAAc和CoI?。DMAAc作为一种反应产物，在钙钛矿结晶过程中起到了关键的调控作用，有效抑制了非理想中间相（如Cs?PbI?）的形成，同时降低了晶界和晶格缺陷的数量。此外，DMAAc还能促进钙钛矿的快速成核和缓慢结晶过程，从而优化其晶体结构。另一方面，CoI?作为另一反应产物，能够在晶界和间隙位点中填充碘空位，进一步减少薄膜中的缺陷。同时，Co2?的引入还能增加钙钛矿结构的能量势垒，降低其发生结构畸变的可能性。因此，这两种产物共同作用，为提升IPSCs的稳定性提供了有效的支持。

为了进一步优化钙钛矿薄膜的性能，研究者们还采用了一种新的后处理方法，即在无机钙钛矿薄膜表面引入1,4-丁二胺（DAB）。DAB的使用能够有效抑制非辐射复合现象，提升钙钛矿薄膜的载流子迁移率，并改善其电子传输性能。通过这种后处理手段，基于CsPbI?的倒置型IPSCs的PCE得到了显著提升，达到了21.36%。这一数值在当前的研究中属于较高水平，甚至在某些情况下，超过了传统有机-无机混合钙钛矿太阳能电池（HPSCs）的性能。值得注意的是，经过DAB处理的器件在800小时的空气中仍能保持84.58%的初始PCE，这表明其具有良好的长期稳定性。

从实验结果来看，DMAAc的引入对钙钛矿薄膜的表面质量产生了积极影响。通过图示分析可以发现，DMAAc处理后的钙钛矿薄膜表面几乎没有针孔，这表明其具有较高的致密性和均匀性。为了验证钙钛矿带隙是否发生变化，研究者们进行了紫外-可见吸收光谱测试。结果显示，DMAAc处理后的钙钛矿薄膜带隙仍保持在1.68 eV左右，这说明其光学性质未受到显著影响。进一步的X射线衍射（XRD）测试表明，经过DMAAc处理的钙钛矿薄膜出现了典型的（110）和（220）晶面衍射峰，这表明其结晶质量得到了显著提升。此外，DMAAc的引入还促进了钙钛矿晶体的有序排列，减少了晶格畸变，从而提升了其整体结构的稳定性。

本研究的创新之处在于，通过合理调控钙钛矿的成核和结晶过程，实现了对薄膜质量的优化。这一策略不仅提高了钙钛矿太阳能电池的PCE，还增强了其在实际应用中的稳定性。与传统的HPSCs相比，IPSCs虽然在热稳定性方面表现更优，但其PCE通常较低。通过引入DMAAc和DAB这两种处理手段，IPSCs的性能得到了显著提升，使其在某些方面甚至能够与HPSCs相媲美。此外，DMAAc和DAB的协同作用，不仅优化了钙钛矿薄膜的晶体结构，还有效抑制了非辐射复合现象，从而提高了载流子的寿命和迁移效率。

在实验过程中，研究人员采用了多种材料和工艺，以确保钙钛矿薄膜的质量和性能。例如，DMF、DMSO、CB和IPA等溶剂被用于钙钛矿前驱体溶液的制备，而Co(Ac)?和DMAI则作为关键的添加剂。这些材料的选择和配比对最终的薄膜性能产生了重要影响。此外，研究者们还采用了一种系统化的实验方法，通过多次测试和优化，最终获得了理想的钙钛矿薄膜结构。在这一过程中，不仅关注了钙钛矿本身的性能，还考虑了其在不同环境条件下的稳定性，以确保其能够在实际应用中长期运行。

为了进一步验证DMAAc和DAB的处理效果，研究人员还进行了多种性能测试。例如，通过电流-电压测试（IV测试）可以评估钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。结果显示，经过DMAAc处理和DAB后处理的器件，其PCE显著提升，且在长时间运行后仍能保持较高的效率。此外，通过电化学阻抗谱（EIS）测试，研究人员可以分析钙钛矿太阳能电池的界面特性。结果显示，DMAAc和DAB的处理有效降低了界面电阻，提升了电子和空穴的传输效率，从而进一步优化了器件的整体性能。

在实际应用中，无机钙钛矿太阳能电池因其优异的稳定性而被认为是未来太阳能电池技术的重要方向。然而，其PCE仍然存在一定局限性。通过本研究提出的方法，不仅提升了钙钛矿薄膜的质量，还有效抑制了非辐射复合现象，从而提高了器件的PCE。此外，DMAAc和DAB的协同作用，使得钙钛矿太阳能电池在不同环境条件下仍能保持较高的光电转换效率。这表明，通过合理的材料选择和工艺优化，无机钙钛矿太阳能电池的性能可以得到显著提升，从而为其实现商业化应用提供了有力支持。

本研究的成果不仅为无机钙钛矿太阳能电池的性能提升提供了新的思路，也为未来钙钛矿太阳能电池的材料设计和工艺优化提供了参考。通过引入DMAAc和DAB这两种处理手段，研究人员成功解决了钙钛矿薄膜在成核和结晶过程中出现的缺陷问题，并提升了其在实际应用中的稳定性。这一研究的突破，使得无机钙钛矿太阳能电池在某些方面甚至能够与有机-无机混合钙钛矿太阳能电池相媲美，为太阳能电池技术的发展带来了新的希望。

此外，本研究还强调了在钙钛矿太阳能电池研究中，材料选择和工艺优化的重要性。通过合理的添加剂设计，研究人员能够有效调控钙钛矿薄膜的结晶过程，从而提升其质量。这一策略不仅适用于无机钙钛矿太阳能电池，也可能为其他类型的钙钛矿太阳能电池提供借鉴。例如，通过引入类似的添加剂，可以优化钙钛矿薄膜的晶体结构，减少缺陷，提升载流子迁移效率，从而提高器件的PCE。因此，本研究的成果不仅具有理论意义，也具有重要的应用价值。

综上所述，本研究通过引入（Co(Ac)?/DMAI）混合物和DAB后处理方法，成功提升了无机钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。这一成果为钙钛矿太阳能电池技术的发展提供了新的思路，也为未来太阳能电池的商业化应用奠定了基础。随着研究的不断深入，相信钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性将进一步提升，为可再生能源的发展做出更大的贡献。