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摘要
先来看一下参数：器件结构glass/FTO/TiO₂/SnO₂/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Ag
小面积FAPbI3 器件（0.07 cm2）和大面积模块（21 cm2）分别实现了24.45% 和 20.32%PCE。在稳定照明下，该器达到了24.28% 的稳定 PCE。未封装的器件在环境条件下（35±5% 相对湿度，30°C）1800 小时后仍保留了其初始PCE 的 92.03%。为了证明该策略的普适性，制造了蓝色钙钛矿发光二极管，其外部量子效率(EQE) 为 14.78%，电致发光波长(EL) 为 494 nm。
实现大面积、高均匀性的钙钛矿薄膜仍然具有挑战性。为此，华南师范大学高进伟&高兴森&王祯团队通过可扩展的刮刀涂层技术，借助一种新颖的双向马兰戈尼对流策略，成功获得了高质量、无针孔、大面积的FAPbI3 钙钛矿薄膜，相关成果发表于Advanced Materials期刊。通过加入甲醇(MeOH) 作为流体平衡剂，可以有效调节马兰戈尼对流的方向，从而减轻印刷过程中胶体前体颗粒的无序运动。这项工作为推进溶液处理、工业规模生产高质量和稳定的钙钛矿太阳能电池提供了重要的技术。
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本文通过引入甲醇（MeOH）作为流体平衡剂，在刮涂工艺中实现了对马兰戈尼对流的精准调控，为制备高质量、大面积的钙钛矿薄膜提供了有效途径。
- 马兰戈尼对流的产生机制与影响
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溶液制备
FAPbI₃ 前驱体溶液：目标 FAPbI₃ 钙钛矿前驱体溶液是将 1.55 M 的 PbI₂、1.40 M 的 FAI、0.49 M 的 MACl 和 0.11 M 的 MAPbBr₃ 溶解在 DMF/DMSO/MeOH 溶剂中（体积比：DMF:DMSO:MeOH = 7.54:1:0.45 和 7.09:1:0.9）制备而成。对照 FAPbI₃ 钙钛矿前驱体溶液是将 1.55 M 的 PbI₂、1.40 M 的 FAI、0.49 M 的 MACl 和 0.11 M 的 MAPbBr₃ 溶解在 DMF/DMSO 溶剂中（体积比：DMF:DMSO = 8:1）制备而成。
Spiro-OMeTAD 溶液：将 72 mg Spiro-OMeTAD、17.5 μL Li-TFSI 溶液（520 mg Li-TFSI 溶于 1 mL ACN）和 28.8 μL TBP 加入到 1 mL 氯苯中，并在 25°C 下振荡 12 小时。
器件制备
电子传输层(ETL)基于致密TiO₂，采用化学浴沉积法制备：将激光图案化的FTO/玻璃基板（2.5 cm × 2.5 cm）浸入 TiCl₄ 水溶液（4.5 mL TiCl₄ 溶于 200 mL 去离子水）中，并在 70°C 的烘箱中持续加热 1 小时。将制备好的 TiO₂ 在空气中的热板上于 200°C 退火 0.5 小时。经过 20 分钟的紫外 - 臭氧处理后，通过在 3000 rpm 下旋涂 7.5 wt% 的 SnO₂ 溶液 30 秒，将薄而致密的 PAA-SnO₂（1 mg/mL）层沉积到 TiO₂/FTO 基板上，并在环境气氛中于 100°C 退火 30 分钟。
在刮涂钙钛矿层之前，将处理过的基板在 35°C 下预热。将 9 μL FAPbI₃ 前驱体溶液滴铸在 SnO₂/TiO₂/FTO 基板上，并在环境条件下以 0.3 m/min 的速度进行刮涂。向刮涂后的薄膜施加气流数秒，以加速溶剂蒸发并减少水分侵蚀。气体淬火过程采用流速为 100 L/min 的冷气流。然后将刮涂后的薄膜在 150°C 下退火 15 分钟，以获得 α 相 FAPbI₃ 钙钛矿。
钙钛矿形成后，将样品转移到充满 N₂ 的手套箱中进行进一步处理。将吐温 80（0.5 mg/mL 于 CB 中）在 5000 rpm 下旋涂 30 秒沉积在钙钛矿层顶部，并在环境气氛中于 100°C 退火 5 分钟。然后使用 Spiro-OMeTAD 溶液在 3000 rpm 下旋涂 30 秒将空穴传输层沉积在钙钛矿层顶部。
最后，通过热蒸发 100 nm 厚的 Ag（0.3 Å/s）完成太阳能电池的制备。
钙钛矿前驱体溶液制备：为制备前驱体，将PEABr、CsBr和PbBr₂ 以 0.8:1.2:1的摩尔比溶解在DMSO/MeOH（体积比为1:0 和49:1）中，形成准二维钙钛矿前驱体溶液，其中PbBr₂的浓度为0.15M。其中10%BEABr 比例是指BEABr与PbBr₂的摩尔比。前驱体溶液在不加热的情况下搅拌过夜。
钙钛矿发光二极管器件制备：将刻蚀图案的 ITO 依次浸泡在丙酮、乙醇和去离子水中，并超声清洗 20 分钟。随后，将 ITO 表面在紫外 - 臭氧照射下清洗和处理 30 分钟。在环境空气中，将含量为 0.4 vol%的 ETA-PEDOT:PSS 滴在经紫外 - 臭氧处理的 ITO 电极上，并通过在 2500 rpm 下旋涂 40 秒制备空穴传输层（HTL）。然后将基板在 140°C 的热台上退火 15 分钟。接着将基板转移到充满氮气的手套箱中制备钙钛矿薄膜。将 100 μL 准二维钙钛矿溶液滴在基板中心，并在 4500 rpm 下旋涂 60 秒，以获得准二维钙钛矿发光层。然后将样品在 70°C 下退火和加热 10 分钟，以促进结晶。在真空度为 1.0 × 10⁻⁴ Pa 的热蒸发设备中依次沉积 TPBi（35 nm）、LiF（1 nm）和 Al（120 nm）。准二维 PeLEDs 的有效面积为 0.10 cm²，即 ITO 和 Al 电极的重叠面积。
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论文标题：《Dynamic Reconstruction of Fluid Interface Manipulated by Fluid Balancing Agent for Scalable Efficient Perovskite Solar Cells》（利用流体平衡剂控制流体界面动态重建以实现可扩展的高效钙钛矿太阳电池）
发表期刊：《Advanced Energy Materials》
发表时间：2025年1月
作者：孙凯, 王祯,* 高乃震, Licheng Liu, Wei Xiong, Zengjie Xu, Zhi Geng, Xiaoyang Guo, Yue Jiang, Shien-Ping Feng, 高兴森,* Yiwang Chen, Junming Liu, and 高进伟*
查看原文（点击底部阅读原文跳转）：
https://doi.org/10.1002/adma.202419419
