在清洁能源的探索中，太阳能电池扮演着至关重要的角色。世界各地的科学家们一直在寻找更高效、更稳定的材料来提高这些设备的性能，涌现出了多个成果丰硕、屡创佳绩的科研团队，北京大学周欢萍教师团队就是其中非常出色的一个。这不，刚进入2025年，继1月10日在Science上发表了一篇使用MoS2助力钙钛矿太阳能电池效率与稳定性双飞跃的创新成果之后刚一周的时间，该团队又一篇论文发表在1月16日的杂志上，开年迎来双喜临门！

**一、**研究背景

1. 研究问题：本文探讨了非合金α-相甲脒三碘化铅（FAPbI₃）太阳能电池的制备方法，重点在于通过碘的插层和脱层来提高其稳定性和光电转化效率。

2. 研究难点：FAPbI₃的非合金形式在光活性相（α相）和光非活性相（δ相）之间存在热力学不稳定性，导致其在制备过程中面临高成核能垒和低晶体质量的问题。

3. 关键论点：

（1）通过碘的插层可以促进角共享Pb-I框架的形成，从而降低α-FAPbI₃的形成能垒。

（2）碘的脱层过程则有助于提高最终钙钛矿薄膜的质量，确保其成分纯度和均匀性。

（3）基于无合金α-FAPbI₃的太阳能电池实现了超过24%的光电转化效率，并展现出优异的耐久性。

4. 相关工作：研究表明，尽管合金钙钛矿（如MA₁₋ₓCsₓPbI₁₋ᵢBrᵢClᵢ）在某些方面表现良好，但其固有的热力学不稳定性仍然是商业化应用的主要障碍。

**二、**研究方法

本文提出了一种通过碘插层和脱层的反应路径调控策略，以制备高质量的无合金α-FAPbI₃钙钛矿薄膜：

1. 方法设计：采用碘（I₂）作为协同挥发性添加剂，调节反应路径，促进α-FAPbI₃的形成，同时抑制δ相的生成。通过对多种可能的添加剂进行筛选，确定I₂为最佳候选者。

2. 反应机制：I₂与I⁻离子反应形成多碘离子（如I₃⁻），进而促进α-FAPbI₃的形成。

3. 方法创新点：该方法通过调节中间结构和反应路径，显著降低了α-FAPbI₃的形成温度，使得反应在低于150°C的条件下完成，提升了薄膜的质量和稳定性。

4. 图表支持：在不同反应温度下，XRD图谱显示出α-FAPbI₃和δ-FAPbI₃相的峰面积变化，表明反应路径的有效性。

**三、**实验设计

本文的实验设计包括数据收集、样本选择和实验设定：

1. 数据收集：通过X射线衍射（XRD）和紫外-可见光谱（UV-Vis）分析钙钛矿薄膜的相变和光吸收特性，评估其成分纯度和均匀性。

2. 样本选择：采用不同的前驱体配置，包括无添加剂的对照样本和含有多碘离子的“I₃⁻”样本，以比较其在反应过程中的表现。

3. 实验设定：在不同的温度下进行薄膜的制备和热处理，观察其相变过程和光电特性变化。

4. 参数配置：薄膜的热处理温度范围从20°C到120°C，采用不同的溶剂（如氯苯）进行溶解和反应，以优化薄膜的形成过程。

**四、**结果与分析

本文通过一系列实验验证了非合金α-FAPbI₃薄膜的性能：

1. 光电转化效率：非合金α-FAPbI₃太阳能电池的光电转化效率超过24%，在85°C条件下连续工作1180小时后保持99%的初始效率。

2. 薄膜稳定性：通过热稳定性测试，I₃⁻样本在高温下的PbI₂和钙钛矿信号保持稳定，表明其优异的热稳定性。

3. PL和EL特性：I₃⁻样本的光致发光（PL）和电致发光（EL）峰值分别为823 nm和819 nm，显示出较高的光电性能和较低的非辐射复合损失。

4. 相变分析：在不同温度下，I₃⁻样本的XRD图谱显示出δ-FAPbI₃相在60°C时完全消失，表明多碘离子有效促进了α-FAPbI₃的形成。

**五、**总体结论

本文提出的通过碘插层和脱层的反应路径调控策略，有效制备了高质量的非合金α-FAPbI₃钙钛矿薄膜，显著提升了其光电转化效率和长期稳定性。实验结果表明，该方法不仅解决了合金钙钛矿的热力学不稳定性问题，还为未来钙钛矿太阳能电池的商业化应用提供了新的思路和方向。

**六、**论文点评

1. 优点与创新

（1）论文提出了一种通过碘插层和脱层的动力学调制策略，有效制备出高质量的非合金化α-FAPbI3薄膜，显著提高了其稳定性和光电性能。

（2）采用的碘化物添加剂不仅促进了α-FAPbI3的形成，还避免了外部离子的引入，确保了薄膜的成分纯度。

（3）研究表明，基于非合金化α-FAPbI3的太阳能电池实现了超过24%的功率转换效率，并在高温和光照条件下展现出优异的耐久性。

2. 不足与反思

（1）论文中对碘插层的具体机制及其对晶体生长的影响缺乏更深入的探讨，可能影响对该过程的全面理解。

（2）实验中未对不同碘化物浓度的影响进行系统性研究，限制了对最佳添加剂量的确定。

（3）尽管展示了良好的稳定性，但长期的环境影响测试数据仍需进一步验证，以确保其在实际应用中的可靠性。

（4）未来应考虑其他可能的添加剂或改进方法，以进一步提升材料的性能和稳定性。

来源: 光伏大数据