近年来，科学家一直在探索改进有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSC）的方法，希望实现其从实验室到大规模商业化生产的过程。近日，来自上海交通大学物理与天文学院太阳能研究所的研究团队取得了一项重大的突破，他们提出了一种新的混合溶剂策略，能在环境条件下生产高质量、高度稳定的太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池因为其优越的光电性能受到了研究者和业界的高度关注，最高可达25.7%的能量转换效率。然而，以往的研究主要集中在实验室小规模制作，无法满足大规模工业化的需求。原因是制造过程过于复杂、材料浪费过多、使用有毒溶剂，对工艺条件的敏感度高等问题。
现在，一种新型的混合溶剂策略改变了这一切。上海交通大学物理与天文学院太阳能研究所、人工结构与量子调控教育部重点实验室的研究团队采用了MAAc（乙酸甲铵）和2-Me（2-甲氧基乙醇）混合溶剂体系，将原本的高温过程变为在室温下进行，同时保证了薄膜的质量。这种混合溶剂不仅能减缓钙钛矿晶体的形成过程，还提高了薄膜的均匀性和稳定性。
(a)室温下使用 MAAc/2-Me 共溶剂策略的N 2辅助刀片涂层过程示意图。(b) 基于 MAAc/2-Me (17 vol%) 和 DMSO/2-Me (2 vol%) 的钙钛矿前体溶液随时间变化的光学图像。(c) 在不使用或使用 MAAc/2-Me 共溶剂策略的情况下，基于 2-Me 系统的涂覆钙钛矿薄膜的颜色随时间的变化。(d) 基于纯2-Me系统和MAAc/2-Me混合系统的钙钛矿薄膜的表面SEM图像，并插入相应的退火薄膜的真实图像；研究人员发现，将MAAc引入2-Me溶剂后，薄膜的颜色在吹制过程中变得更加致密和平滑，说明其在制备过程中形成了更紧密的晶体结构。通过增加MAAc的体积比例，可以显著减慢高挥发性2-Me中的钙钛矿形成过程。通过引入BZH（苯甲酰肼）作为添加剂，增加了薄膜的质量并减少了非辐射复合。最终，基于倒置MAPbI3的器件达到了20.11%的冠军能量转换效率和82.8%的优异填充因子，超过了之前实验室的记录。
(a) MAAc 调节和 BZH 钝化后的器件结构和相应的横截面形貌。(b) 优化太阳能电池和控制太阳能电池的器件效率比较。(c)优化器件和控制器件在反向和正向扫描方向上测量的冠军效率的J - V曲线。(d) 优化器件和控制器件的 EQE 图和集成电流密度。三种条件下的 EQE 图在 350-400 nm 处均呈现下降趋势，这可能归因于测量过程中滤波器的切换。(54,58)(e)最大功率点稳定输出。(f) V oc与光强度的关系，(g) 暗J – V曲线，以及 (h) 优化装置和控制装置的长期空气稳定性测量（*优化 1：MAAc 调节；*优化 2：MAAc 调节 + BZH 钝化） ）。更重要的是，这种策略成功降低了器件的制造温度，并在不影响电池性能的前提下，使用了环保、低毒性的溶剂。这标志着太阳能电池行业的里程碑，为大规模生产提供了可能。未来，这种电池可能会取代传统的化石燃料，推动清洁能源的发展，促进社会经济发展；研究团队称，这种混合溶剂策略不仅可以调控钙钛矿的结晶度和均匀性，还能降低生产成本和环境污染。他们强调了这一发现对未来的影响：“这是一种低成本、环保的策略，有望开启一个新的时代，让我们可以方便地大规模生产太阳能电池，为人类的能源需求提供可持续的答案。”这项成果证明了混合溶剂策略是实现钙钛矿太阳能电池商业化的重要一步。研究团队相信，他们能够找到更高效、更安全、可持续的方式来应对世界日益增长的能源需求，使太阳能成为一种可靠的替代能源；在未来，我们可以预期这种新的混合溶剂策略会改变太阳能电池行业的发展。更多的公司将能够采用这一技术，进一步降低成本，并提供更可靠、高效的太阳能电池产品。这将大大降低对化石燃料的依赖，为环境保护作出积极贡献。
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