Dynamic Reconstruction of Fluid Interface Manipulated by Fluid Balancing Agent for Scalable Efficient Perovskite Solar Cells

Kai Sun, Zhen Wang*, Naizhen Li, Licheng Liu, Wei Xiong, Zengjie Xu, Zhi Geng, Xiaoyang Guo, Yue Jiang, Shien-Ping Feng, Xingsen Gao*, Yiwang Chen, Junming Liu, Jinwei Gao*

First published: 15 January 2025

https://doi.org/10.1002/adma.202419419

实验室规模的旋涂技术被广泛用于制造小尺寸、高效的钙钛矿太阳能电池。然而，由于大面积制造过程中钙钛矿前体溶液的复杂流体动力学和干燥行为，实现大面积、高均匀性的钙钛矿薄膜以及由此产生的高效太阳能电池器件仍然具有挑战性。在这项研究中，通过可扩展的刮刀涂层技术，借助一种新颖的双向 Marangoni 对流策略，成功获得了高质量、无针孔、大面积的 FAPbI ₃ 钙钛矿薄膜。通过加入甲醇 (MeOH) 作为流体平衡剂，可以有效调节 Marangoni 对流的方向，从而减轻印刷过程中胶体前体颗粒的无序运动。结果，小面积 FAPbI ₃ 器件（0.07 cm²）和大面积模块（21 cm²）分别实现了 24.45% 和 20.32% 的最佳功率转换效率 (PCE)。值得注意的是，在稳定照明下，该器件达到了 24.28% 的稳定 PCE。此外，未封装的器件表现出显着的操作稳定性，在环境条件下（35 ± 5% 相对湿度，30°C）经过 1,800 小时后仍保留了其初始 PCE 的 92.03%。为了证明该策略的普适性，制造了蓝色钙钛矿发光二极管，其外部量子效率 (EQE) 为 14.78%，电致发光波长 (EL) 为 494 nm。这项工作为推进溶液处理、工业规模生产高质量和稳定的钙钛矿薄膜和太阳能电池提供了重要的技术。