新加坡南洋理工大学(NTU)的一个研究团队开发了一种选择性模板生长方法，该方法能够在钙钛矿薄膜中使用某些化学惰性材料，克服溶解过程和反应性问题，从而实现更稳定、更高效的钙钛矿太阳能电池 (PSC)。

“我们的策略使得人们能够使用一类化学惰性的界面材料，而这些材料由于反应性和溶解度的限制，以前无法使用，这为钙钛矿器件的界面工程开辟了一条新途径，”共同通讯作者 Tze Chien Sum 在一份南洋理工大学的声明中表示。

该研究小组针对化学惰性低维(CI LD)材料开发了一种新型选择性模板生长(STG)方法，该方法能够通过有机阳离子交换过程实现界面生长。

这项研究成果以“用于钙钛矿太阳能电池的化学惰性低维界面选择性模板生长”为题，近期发表于《自然·能源》杂志。 这是南洋理工大学(NTU)的最新研究成果，该校一直致力于研发稳定高效的钙钛矿器件。

根据南洋理工大学的一份声明，该研究团队在钙钛矿表面沉积了一层苯基铵碘化铅(PA2PbI4)，这是一种典型的CI-LD界面。然后，他们通过旋涂法将一种化学惰性的大体积阳离子——2-哌啶-1-鎓-1-基乙基铵(PiEA2+)的醇基溶液涂覆到PA2PbI4层上，从而引入了该阳离子。

“通过可控的有机阳离子交换过程，用 PiEA2+ 取代 PA+，形成更稳定的超薄 (PiEA)PbI4 层，”声明中写道。

原型器件采用针状结构。测试的太阳能电池活性面积分别为：小面积器件0.060 cm²，大面积器件1.235 cm²。钙钛矿太阳能电池器件的空穴传输层基于MeO-2PACZ或MPA-CPA。三维钙钛矿层基于甲脒铯(Cs_0.15FA_0.85PbI_2.8Cl_0.2)化合物。

在三维钙钛矿上制备了二维(PiEA)PbI4界面层。电子传输层基于苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)，然后是巴托菲罗林(BCP)缓冲层，最后是银或金金属触点。

性能最佳的 1 平方厘米原型器件实现了 25.1% 的功率转换效率，该团队声称这是“目前报道的同尺寸钙钛矿太阳能电池中最高的效率之一”。在 85°C 下运行 1000 小时后，其效率仍保持在初始效率的 93% 以上;运行 1100 小时后，效率仍保持在初始效率的 98%。

研究团队声称，与传统的二维PEA2PbI4界面层相比，这种新方法能为三维钙钛矿提供“更显著的保护”，使其免受空气侵蚀。他们还指出，研究中描述的STG方法采用旋涂工艺，但由于其可溶液加工，因此具有通过刮涂等工业工艺进行规模化生产的潜力。

研究表明，STG策略的应用潜力远不止于已记录的这类电池和器件。“我们的策略提供了一个通用且可扩展的界面设计平台。它不仅可以用于制造无铅钙钛矿太阳能电池，还可以用于制造其他钙钛矿光电器件，例如发光二极管和光电探测器，”共同通讯作者林永明在一份声明中表示。