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摘要
钙钛矿前驱体溶液中胶体粒子沉积不均匀引起的咖啡环效应，导致大面积打印制备的钙钛矿薄膜均匀性较差。基于此，南昌大学陈义旺&胡笑添团队通过对SnO2表面进行粗化处理，构建Wenzel模型，成功实现超亲水界面，相关成果发表于Advanced Materials期刊。
该改性显著加速了钙钛矿前驱体溶液的铺展，降低了打印过程中钙钛矿胶体粒子的响应延迟时间。同时，SnO2表面的微球形凹陷结构有效抑制了胶体粒子向液膜边缘的迁移，将钙钛矿胶体粒子捕获在埋藏界面处，提高了薄膜的均匀性。由于SnO2表面超亲水性能与微粗化结构的协同作用，导致钙钛矿晶体质量得到大幅提升。
打印制备的柔性器件（0.101 cm2）效率达到了25.42%（认证值为25.12%）。此外，基于弯月面涂层制造的刚性和柔性大规模钙钛矿太阳能电池组件（PSM）的效率分别达到21.34％和16.99％（100cm2），并且在大气条件下储存2000小时后仍保持91％的初始效率，表现出优异的环境稳定性
01
构建微球形凹陷结构：
利用单分散聚苯乙烯微球（PS）与锡氧化物溶液混合，将其涂覆在基底上。之后通过退火处理，再使用甲苯溶液冲洗以去除PS，从而在 SnO₂表面成功构建出微球形凹陷结构。这一过程中，通过改变PS溶液和SnO₂溶液的混合体积比，能够制备出不同开口率的SnO₂薄膜，这些薄膜的表面粗糙度与开口率直接相关，而表面粗糙度又会对后续的性能产生重要影响。
实现超亲水界面：
经过上述处理，SnO₂表面的接触面积因表面粗糙化而增加，进而增强了其亲水性，成功构建出超亲水界面。通过对不同开口率的SnO₂薄膜进行导电性测试，发现经过PS处理后再清洗，SnO₂的电阻率并未受到影响。并且在制备不同开口率的器件并测试其效率后，发现2%开口率时效率最高，这表明适当的表面开口率有利于钙钛矿胶体颗粒更均匀地沉积，提升底部界面的结晶质量。这种表面处理方式为后续钙钛矿薄膜的沉积和电池性能的提升奠定了良好的基础。
02
- 钙钛矿前驱体溶液制备将 PbI₂（742.2mg）、FAI（224.4mg）、MABr（16.2mg）、MACl（20.3mg）和 CsI（19.8mg）的混合物溶解在 1ml 无水 DMF/DMSO 混合溶剂（4/1，v/v）中制备。
- 钙钛矿薄膜制备利用刮刀进行刮涂操作来获取钙钛矿薄膜。在这一过程中，将刮刀与基底之间的间隙固定在 70μm，刮涂速度设定为 5mm/s，从而使钙钛矿薄膜的厚度达到约 500nm。在刮涂完成后，立即把液态钙钛矿薄膜转移至真空室，将真空室抽至 10Pa 并保持 5s，随后取出薄膜并在空气中 150°C 下退火 10min，促使钙钛矿晶体完成转化。整个刮涂操作均在湿度处于 10%-20% 的标准通风橱内开展。
- 通过添加 4 - 叔丁基吡啶（28.8μl）、17.5μl Li - TFSI / 乙腈溶液（520mg/ml）制备 spiro - OMeTAD/CB 溶液（72.3mg/ml）。刮刀与基板之间的间隙固定为 100μm，刮刀速度固定为 5mm/s。接着进行涂覆操作。
- 最后，通过阴影掩模在 3.5×10⁻⁴ Pa 的高真空度下蒸发 Ag 接触电极（对于 10×10cm² 的 PSCs 为 100nm，对于 PSMs 为 120nm）来完成器件制作。
03
04
论文标题：《A Wenzel Interfaces Design for Homogeneous Solute Distribution Obtains Efficient and Stable Perovskite Solar Cells》（温泽尔界面设计实现溶质均匀分布获得高效稳定的钙钛矿太阳能电池）
发表期刊：《Advanced Materials》
发表时间：2025 年
作者：Cong Wang, Chenxiang Gong, Wei Ai, Baojin Fan, Xiangchuan Meng, Siyi Shi, Xiaotian Hu, Yiwang Chen
查看原文（点击底部阅读原文跳转）：
https://doi.org/10.1002/adma.202417779
