山东大学刘乐&酒同钢最新CEJ：26.26%！碘化铅全域管理实现高性能钙钛矿太阳能电池- 大数跨境

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山东大学刘乐&酒同钢最新CEJ：26.26%！碘化铅全域管理实现高性能钙钛矿太阳能电池

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2025-10-31

导读：山东大学刘乐&酒同钢最新CEJ：26.26%！碘化铅全域管理实现高性能钙钛矿太阳能电池

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文章信息

全程碘化铅管理实现高性能钙钛矿太阳能电池

第一作者：于治彬

通讯作者：刘乐*，酒同钢*

单位：山东大学

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研究背景

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池，因为溶液可加工性、低成本、理想的缺陷容忍度、卓越的光电性能及广泛应用而备受关注。钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在过去十年间已超过27%，作为制备钙钛矿薄膜光吸收层的关键原料，碘化铅与钙钛矿薄膜的成核和生长密切相关。此外，随机分布的残留碘化铅团簇会形成缺陷态，从而限制钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。

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文章简介

近日，来自山东大学的刘乐副教授与酒同钢教授，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“All-round management of lead iodide toward efficient perovskite solar cells”的观点文章。该文章通过引入添加剂（叔丁基甲脒盐酸盐），解决了钙钛矿不受控的结晶过程，同时优化了钙钛矿薄膜中残余碘化铅的空间分布，实现了正式25.08%与反式26.26%的钙钛矿器件效率。为管理钙钛矿薄膜结晶过程以及残余碘化铅提供了新的思路。

图1.（a）钙钛矿薄膜制备碘化铅全方位管理的示意图。（b）FAI和FAI+碘化铅、TBA及TBA+碘化铅的核磁谱图。（c）前驱体溶液经TBA处理与未处理的DLS谱图。插图为前驱体溶液的示意图。（d）未处理与经TBA处理钙钛矿薄膜的原位UV–vis吸收光谱。箭头指示反溶剂滴落时间。（e）未经处理与经TBA处理的钙钛矿薄膜成核过程的光学显微镜图像。

图2.（a–b）未经处理与经TBA处理的钙钛矿薄膜在不同退火时间后的俯视SEM图像。（c–e）表面形貌（顶部），（f–h）底部界面形貌，（i–j）未经处理与经TBA处理的钙钛矿薄膜的横截面图像。

图3.（a-f）未处理和经TBA处理的钙钛矿薄膜在3.5°和0.8°入射角下的GIWAXS图案。(g)控制组和经TBA处理组沿（100）晶面（q=10 nm⁻¹）的方位积分信号强度。(h)未处理和经TBA处理的钙钛矿薄膜中碘化铅/（100）及表面/体分布的碘化铅强度比。(i)碘化铅全方位管理示意图。

图4. （a）玻璃基底上未处理与经TBA处理的钙钛矿层稳态光致发光光谱及（b）TRPL光谱。（c）未处理与经TBA处理钙钛矿薄膜的UPS光谱。（d）未处理与经TBA处理器件的能带图。（e）制备器件结构示意图及其对应的载流子传输过程示意图。（f）未处理与经TBA处理器件的SCLC曲线、（g）Nyquist图、（h）TPC曲线及（i）TPV曲线。

图5. （a）n-i-p器件与（b）p-i-n器件经TBA处理与未处理的J-V曲线。（c）过去十年采用碘化铅管理策略报告的光电转换效率（PCE）对比。（d）n-i-p器件的EQE光谱及对应的积分电流密度曲线。（e）TBA未处理与TBA处理器件的PCE分布统计直方图。（f-g）钙钛矿薄膜在70%相对湿度（RH）下储存24小时后的UV-Vis吸收光谱。插图显示钙钛矿薄膜的水接触角。（h）未封装p-i-n器件经TBA修饰与未修饰的长期稳定性。（i）对照组与目标器件的MPP跟踪稳定性测试。

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本文要点

要点一：自生成低维籽晶，优化钙钛矿成核结晶过程

通过引入叔丁基甲脒盐酸盐（TBA），TBA可以与碘化铅优先反应，生成见大尺寸团簇。在钙钛矿旋涂过程中，随着反溶剂的添加，团簇会优先生成具有垂直取向的二维钙钛矿，诱导三维钙钛矿的均匀成核和垂直取向性生长，形成高质量钙钛矿薄膜。有利于载流子的传输。

要点二：钝化晶界区域缺陷

在钙钛矿结晶过程中，由于TBA本身较大的尺寸，会富集在钙钛矿晶界处。实现晶界缺陷的钝化。同时，减缓在结晶过程中钙钛矿晶粒间的挤压而导致的晶粒边缘钙钛矿的分解，实现大尺寸的钙钛矿晶粒。减少晶界处的非辐射复合。

要点三：调控残余碘化铅的空间分布

由于TBA晶界钝化的作用，抑制了晶界处钙钛矿的分解，同步消除了钙钛矿底界面以及体相中的残余碘化铅。有效降低整体残余碘化铅的量，实现高效的相转化。残余碘化铅聚集在钙钛矿晶粒表面，作为P型半导体，碘化铅可以抑制钙钛矿上界面处载流子的复合。提升器件效率。

要点四：前瞻

垂直籽晶诱导的高质量钙钛矿薄膜，有效钝化的钙钛矿晶界，得到空间分布优化的残余碘化铅，实现低缺陷密度的钙钛矿太阳能电池。通过简单有效的方法实现钙钛矿薄膜质量的全面提升，对未来钙钛矿薄膜质量的研究具有指导意义。

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文章链接

All-round management of lead iodide toward efficient perovskite solar cells

https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.169781

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通讯作者简介

刘乐，副教授，2020年加入山东大学，获得山东大学青年学者未来计划资助，具有多学科领域交叉研究背景，致力于有机/无机纳米材料、有机及钙钛矿太阳能电池器件等方向的交叉研究。围绕石墨炔基有机及钙钛矿光电转换材料与器件等前沿领域开展研究工作。目前已在Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、Nano Today、Nano Energy等国际知名期刊发表学术论文40余篇, 其中高被引论文/热点论文1篇（入选2020年中国百篇最具影响国际学术论文）。

酒同钢，教授，博士生导师，山东大学杰出中青年学者，先后入选山东省急需紧缺高层次人才、泰山学者青年专家、中国科学院青年创新促进会会员。2020年加入山东大学组建石墨炔基太阳能电池团队，主要围绕有机、无机以及杂化材料的制备、聚集态调控与光伏器件方向开展研究工作。目前已在国际知名期刊如J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.等发表学术论文90余篇, 其中ESI数据库高被引论文3篇，热点论文1篇，封面论文1篇，已授权发明专利6项。参与撰写《新能源材料科学与应用技术》、《Graphdiyne: Fundamentals, and Applications in Renewable Energy and Electronics》等中英文专著，作为研究集体突出贡献者参与“二维碳石墨炔”研究项目荣获2021年度中国科学院杰出科技成就奖。