中科院宁波材料所葛子义研究员团队综述：钙钛矿薄膜制备过程中的关键问题

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有机-无机杂化的金属卤化物钙钛矿材料凭借其优异的光电性能、低原材料成本、以及简单的制备工艺而备受关注。近十年来，随着高性能钙钛矿材料的开发以及器件结构的创新优化，钙钛矿光伏器件的效率从 3.8% 迅速提高至 25.2%，展现出了巨大的商业开发价值和市场竞争力。

然而，目前钙钛矿太阳能电池的工业化生产还面临着不小的挑战。

• 一方面，钙钛矿光伏器件的实际应用受制于钙钛矿活性层以及载流子传输层的弱稳定性，例如钙钛矿材料在光照、加热以及湿度下易分解，器件中常用的金属氧化物电子传输层（SnO₂、TiO₂ 等）在紫外光下产生电子空穴复合，两者共同作用严重限制了钙钛矿光伏器件工作稳定性。
• 另一方面，钙钛矿薄膜的大面积制备技术还不成熟，从实验室规模小面积器件向工业化大面积组件的过渡存在一定挑战。
  
  

针对这两方面问题，中科院宁波材料所葛子义研究员团队开展了一系列前瞻性研究，详情可见如下文章 （Adv. Mater., 2019, 31, 1903239; Nano lett., 2020, 20, 1240-1251; Adv. Sci., 2020, 7, 1902656)。近期，在这些工作基础上，该课题组就“钙钛矿薄膜的大面积制备”领域的研究进展撰写了综述论文，通过对钙钛矿成核和晶体生长动力学的深入探讨（引入 LaMer 和 Ostwald 模型），阐明了快速成核与缓慢结晶是制备高质量低缺陷态钙钛矿薄膜的关键，还从结晶与成核两方面分类总结目前常用的薄膜工程技术，为其他优化方法的开发提供理论基础。

另外，该篇综述还讨论了各类大面积沉积技术的工作原理，包括喷涂、狭缝涂布、刮涂、喷墨印刷和蒸气/真空法（如下所示），揭示了前驱体溶液的物理性质（包括黏度、密度、表面能等）和基底的表面性能/温度是决定薄膜质量的关键。

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大面积制备方法。

这些关于大面积制膜的机理讨论为钙钛矿光伏器件的大规模工业化制备提供了思路。综述发表于英国皇家化学会著名综述期刊 Chemical Society Reviews ‍上，且被选为封面论文。

相关链接
http://dx.doi.org/10.1039/C9CS00711C

相关进展
黄维院士/陈永华教授团队《Nat. Energy》：新型高效钙钛矿太阳能电池应用
电子科大刘晓东/郑永豪课题组&澳门大学邢贵川&川大赵德威合作AFM：间隔层阳离子调节助力高效准二维钙钛矿太阳能电池
东南大学付大伟教授团队：可调谐光-电多功能响应二维杂化钙钛矿材料

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