维度网讯，一个国际研究团队开发出一种名为选择性碘铅酸盐冷铸（SICC）的室温结晶新工艺，用于制备具有2D/3D异质结结构的钙钛矿太阳能电池和组件，据称可提升器件的稳定性和效率。

传统的2D钙钛矿电池因有机配体的保护而比3D器件更稳定，但激子结合能较大。通讯作者、莱斯大学的Aditya D. Mohite告诉《光伏杂志》（pv magazine）：“我们开发了一种新的室温结晶方法，称为选择性碘铅酸盐冷铸（SICC），该方法能够获得通过传统热力学加工无法获得的动力学稳定钙钛矿相。” 该策略可产生均匀的2D层，增强3D:2D双层器件中的面外电荷传输，在小面积电池中实现超过25%的效率，在大面积光伏组件中实现超过22%的效率。

该研究发表于《自然·合成》（Nature Synthesis），标题为《选择性碘铅酸盐冷铸获得动力学稳定钙钛矿从而实现高效光伏组件》。研究人员指出，SICC通过溶剂设计控制前驱体化学，实现了不寻常的低维钙钛矿晶体结构，包括在甲基铵基体系中难以获得的波纹状MA₂PbI₄相。“SICC工艺选择性形成简化的碘铅酸盐物种，无需热退火即可实现快速且高相纯度的结晶，”Mohite补充道。通过混合乙腈和N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）等具有不同给体数的溶剂，团队选择性促进了碘铅酸盐物种的形成。

与传统低n值2D钙钛矿因绝缘水平排列而性能受限不同，SICC薄膜提供了高效的垂直载流子传输和与3D钙钛矿有利的能带对齐。“SICC生长的2D层显著提高了3D:2D异质结构的质量和均匀性，从而提高了效率，减少了迟滞，并改善了运行稳定性，”Mohite强调。

基于该技术，研究人员开发了活性面积为0.094 cm²的钙钛矿太阳能电池，器件结构包括掺氟氧化锡（FTO）衬底、氧化锡（SnO₂）电子传输层（ETL）、3D钙钛矿吸收层、2D钙钛矿层、基于Spiro-OMeTAD的空穴传输层（HTL）和金（Au）电极。3D/2D双层结构通过固态面内生长工艺集成碘化丁基铵铅（BA₂PbI₄）2D钙钛矿层形成，双层结构在60 MPa压力和60°C至85°C温度下压合而成。

为放大规模，团队在7.1 cm × 7.1 cm基板上制造了微型组件，每个组件由10个单片互连的子电池组成，活性面积为25 cm²。互连通过使用532 nm皮秒激光进行P1、P2和P3激光划线实现，划线宽度分别为25 μm、120 μm和110 μm，优化后的图案化工艺使几何填充因子达到94.36%。器件在标准AM1.5G光照、100 mW/cm²条件下测试，小面积电池的功率转换效率为25.14%，25 cm²微型组件为22.36%。稳定性测试中，使用紫外固化树脂封装1.1 mm厚玻璃盖的组件在连续一个太阳运行下，保持初始性能超过90%达1000小时以上。

Mohite总结道：“我们的研究结果表明，低维钙钛矿应被理解并设计为动力学产物，而非纯粹的热力学材料。我们的工作为将稳定的低维钙钛矿集成到下一代高效太阳能组件和串联光伏提供了一条可扩展的路径。”

参与该研究的机构包括韩国首尔大学（Seoul National University）、韩国生产技术研究院（Korea Institute of Industrial Technology）、韩国钙钛矿初创公司Frontier Energy Solution（FES）、美国莱斯大学（Rice University）和西北大学（Northwestern University），以及法国信息科技光学功能研究所（Institut Fonctions Optiques pour les Technologies de l’Information）。

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