大連化物所劉生忠AEM：真正醇基綠色溶液法制備穩(wěn)定PSCs

發(fā)表時間：2025-09-18 11:23

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主要內(nèi)容

近年來，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）憑借其高光電轉(zhuǎn)換效率、低成本等優(yōu)勢，已成為可再生能源應(yīng)用領(lǐng)域的一項變革性技術(shù)，被視為未來太陽能利用的重要發(fā)展方向。然而，目前鈣鈦礦太陽能電池在制備過程中廣泛使用有毒有機溶劑，如N,N - 二甲基甲酰胺（DMF）等，這些溶劑不僅對環(huán)境造成污染，還對人體健康存在潛在威脅，嚴(yán)重阻礙了其大規(guī)模工業(yè)化進程。

面對這一情況，由中核光電首席科學(xué)家、董事、副總經(jīng)理，中科院大連化學(xué)物理研究所劉生忠研究員，陜西師范大學(xué)翟鵬副研究員、任麗霞學(xué)科博士后以及大灣區(qū)大學(xué)于華教授強強聯(lián)合帶領(lǐng)的團隊，從循環(huán)經(jīng)濟和綠色化學(xué)的角度出發(fā)，首次開發(fā)出以醋酸鉛（Pb(Ac)?）為鉛源、綠色醇類為溶劑制備鈣鈦礦的方法，為解決鈣鈦礦太陽能電池制備過程中的環(huán)保難題提供了新思路。

該團隊深入剖析了Pb(Ac)?/鈣鈦礦轉(zhuǎn)化的各個階段，揭示了其逐步轉(zhuǎn)化機制：Pb(Ac)?首先轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物MAPbI???Ac?，隨后通過陰離子交換反應(yīng)進一步轉(zhuǎn)化為MAPbI?。在整個轉(zhuǎn)化過程中，從鈣鈦礦骨架中去除乙酸根離子（Ac?）的環(huán)節(jié)是整個轉(zhuǎn)化過程中最慢、起決定性作用的環(huán)節(jié)，也就是速率決定步驟。因此，團隊通過引入造孔添加劑（碳酸氫鈉，NaHCO?），精心設(shè)計了疏松多孔的Pb(Ac)?支架結(jié)構(gòu)。這種獨特的結(jié)構(gòu)就像為離子搭建了“高速通道”，有效加速了離子擴散以及與有機銨鹽的反應(yīng)。

在本研究中，團隊系統(tǒng)探究了Pb(Ac)?向鈣鈦礦轉(zhuǎn)化的詳細(xì)過程，明確了中間產(chǎn)物的形成以及陰離子交換的過程。此外，還引入了一種無機造孔劑，以進一步加速Pb(Ac)?與有機銨鹽之間的反應(yīng)。值得注意的是，由碳酸氫鈉（NaHCO?）添加劑促進的鈣鈦礦轉(zhuǎn)化反應(yīng)顯著增強，同時提升了鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能和穩(wěn)定性。得益于這種優(yōu)化的納米結(jié)構(gòu)，經(jīng)NaHCO?處理的MAPbI?鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）達到了22.03%，這是目前使用Pb(Ac)?制備的鈣鈦礦太陽能電池中的最高效率值之一，且與使用有毒PbI?/DMF體系制備的鈣鈦礦太陽能電池的效率相當(dāng)，實現(xiàn)了在環(huán)保前提下不降低電池性能的目標(biāo)。

這一研究成果具有重要意義。它不僅為鈣鈦礦太陽能電池的環(huán)保型制備提供了切實可行的方法，打破了傳統(tǒng)制備方法對有毒溶劑的依賴，而且所達到的高光電轉(zhuǎn)換效率證明了綠色制備方法的可行性，為鈣鈦礦太陽能電池的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)鋪平了道路。總之，該團隊的研究為鈣鈦礦材料的真正綠色合成開辟了道路，有望推動整個太陽能行業(yè)向更加環(huán)保、可持續(xù)的方向發(fā)展。