（PSCs）已成为未来能源供应中一项前景广阔的下一代光伏技术。经认证，钙钛矿太阳能电池的功率转换效率（PCE）已达到26.0% 。目前，以环保和可持续的方式制造具有宽泛结晶控制时间窗口（操作窗口）的钙钛矿，对于钙钛矿光伏技术的商业化至关重要。然而，为了加快其进入市场的步伐，，特别是由于大量使用挥发性有毒有机溶剂，如 N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）的混合物，这在大规模生产中变得更加棘手。

　　在此，上海交通大学赵一新教授和王天富副教授报告了使用γ-戊内酯（GVL）和乙酸正丁酯组成的生态友好型生物质衍生绿色溶剂，这种溶剂可以基于溶液制造高质量的 FAPbI3（FA，甲脒基）钙钛矿。值得注意的是，由于高价[PbIx]2-x 复合物和 GVL 与 FA+ 之间的强相互作用克服了FA+ 阳离子不稳定的问题，FAPbI3 钙钛矿墨水可保持稳定长达一年。同样重要的是，经过进一步的缺陷钝化工程，此太阳能电池的功率转换效率高达 25.09%。将这种绿色溶剂方法放大，可得到一个孔径面积为12.25 平方厘米的微型模块，其认证效率高达 20.23%，这表明这个工作为这种可再生能源技术的实际应用开辟了一条可持续发展的道路。相关成果以“Green solvent enabled scalable processing of perovskite solar cells with high efficiency”为题发表在《Nature Sustainability》上，第一作者为缪炎峰老师和博士生任孟。

　　图 1c、d列出了使用新鲜 DMF:DMSO 前驱体溶液和GVL前驱体溶液通过溶剂工程制备的FAPbI3薄膜的扫描电子显微镜（SEM）图像。总的来说，BAc 作为一种绿色抗溶剂，在实现高质量 FAPbI3 薄膜方面具有很强的竞争力。在将这些 FAPbI3 薄膜制成太阳能电池时，基于 GVL 的太阳能电池表现出更高的效率和更好的稳定性。

　　进一步比较了基于不同储存时间的前驱体溶液的钙钛矿薄膜和器件性能。在密封瓶中储存60天后，DMF:DMSO 基溶液的颜色比新鲜溶液变成了深黄色。而基于 GVL 的溶液在 60 天后几乎保持了与新鲜溶液相同的颜色。图 1e 显示，在储存60 天后，DMF:DMSO 基前驱体溶液无法形成黑相 FAPbI3 薄膜，相应的 PSC 效率急剧下降。相比之下，基于 GVL 的前驱体溶液在长时间储存后仍能形成黑相 FAPbI3 薄膜，其 PSC 的效率保持在 95% 以上。作者甚至制作了存储时间长达一年的 PSC，该器件仍能实现 23% 以上的高效率。

　　作者进一步研究了溶液稳定性提高的原因。如图 2a 所示，与 DMF:DMSO 样品相比，基于 GVL 的前驱体溶液的吸收光谱有明显的红移，这证实了 GVL 样品中含有高价[PbIx]2-x。动态光散射测量显示，GVL 基前驱体溶液的胶体大小几乎是 DMF:DMSO 基前驱体溶液的一半，这进一步证实了 GVL 溶剂中的[PbIx]2-x 复合物比 DMF:DMSO 中的[PbIx]2-x 具有更高的价数。

　　FA+ 阳离子和溶剂之间的相互作用也会影响油墨的稳定性。FA+ 阳离子是一种软路易斯酸，而 GVL 是一种比 DMF 和 DMSO 更软的路易斯碱。因此，根据软硬酸碱理论的预测，GVL 与 FA+ 阳离子之间存在更强的相互作用。1H-NMR 图谱还显示，以 DMF:DMSO 为基质的老化前驱体溶液出现了明显的化学位移，而以 GVL 为基质的溶液则变化甚微，这表明以 DMF:DMSO 为基质的前驱体墨水中的 FA+ 发生了降解。所有这些结果都证实，GVL-FA+ 的强相互作用和 [PbIx]2-x 复合物的高价能抑制前驱体材料的分解，这有助于提高基于 GVL 的前驱体溶液的储存稳定性。

　　为了研究溶剂蒸发步骤，作者对 DMF:DMSO 和 GVL 基前驱体溶液进行了热重分析（TGA）。，基于 GVL 的溶液显示出从约 100 ℃ 开始的快速溶剂蒸发过程，在 145 ℃ 时溶剂完全去除，这表明基于 GVL 的前驱体溶液可以直接转化为 FAI-PbI2 而无需中间阶段。

　　为了进一步提高基于 GVL 的 FAPbI3 薄膜和器件的稳定性并降低陷阱密度，作者选择了碘化三丁基甲基铵的季铵盐（TBMAI）来钝化表面和晶界。经 TBMAI 处理的薄膜的 XRD 图样（图 3a）和 SEM 图像（图 3b）显示，随着 PbI2 的消失，在 7.5° 处出现了一个新的 XRD 信号。这个新的 XRD 信号与 TBMAPbI3 薄膜一致。对经过 TBMAI 处理的 FAPbI3 薄膜进行飞行时间二次离子质谱测量发现，形成的 TBMAPbI3 钙钛矿晶体可以覆盖钙钛矿表面并渗入晶界（图 3c），这有助于钙钛矿薄膜更好地实现阱钝化。

　　比较了对照薄膜和目标薄膜的光电特性。图 3d显示，与对照薄膜相比，目标薄膜的 TRPL 寿命更长，稳态 PL 强度更强，这表明阱态减少了。作者进一步比较了对照薄膜和目标薄膜的环境稳定性。如图 3f所示的吸收曲线和 XRD 图样，对照薄膜存放七天后完全降解，而目标薄膜的大部分仍然保持 α 相。

　　作者制作了具有不同器件结构的 PSC，其横截面 SEM 图像如图 4a 所示。在 AM 1.5 G 下测量了对照 PSC 和目标 PSC 的电流密度-电压（J-V）曲线b）。PSC 的最高 Voc 值为 1.165 V，Jsc 为 25.91 mA cm-2，FF 为 0.831，PCE 提高了25.09%。J-V 曲线表明，目标 PSC 效率的提高主要归因于 Voc 值的提高，而 Voc 值的提高主要是由于非辐射重组的减少。图 4d显示，与对照 PSC 相比，目标 PSC 的 TPV 衰减寿命更长，瞬态光电流衰减寿命更短，这表明目标器件中的陷阱密度降低，电荷传输增强。测量了对照和目标 PSC 的电致发光特性，以比较它们的 Voc 损耗。目标 PSC 的峰值外部量子效率（EQEEL）为 10.11%，EL 光谱稳定，这一结果进一步证实，抑制非辐射重组有助于提高目标 PSC 的 Voc 和 PCE。

　　在 1 太阳光照射下，对具有最大功率点 (MPP)的控制 PSC 和目标 PSC 的长期稳定性进行了1000 小时的跟踪。图 5a 显示，目标 PSC 可以保持其初始 PCE 的 95%，而控制 PSC 则下降到其初始 PCE 的约 80%。作者认为，TBMAPbI3 保护层和钝化缺陷有助于提高目标 PSC 的稳定性。

　　作者发现，由于 GVL-FA+ 的相互作用较强，GVL 基前驱体溶液的结晶对添加抗溶剂的时间并不敏感。如图 5b,c所示，基于 5 cm × 5 cm GVL 的目标 PSM 由六个子单元组成，活性面积为 11.52 cm2，PCEac 高达 22.06%，且滞后小、输出稳定。5 cm × 5 cm的微型模块也实现了 20.23% 的认证 PCEap。考虑到制备这种具有宽工艺窗口的大规模钙钛矿薄膜没有使用剧毒溶剂，所提出的制备方法可以满足太阳能模块流水线生产的环保要求。

　　为了解决广泛采用的 DMF:DMSO 溶剂体系存在的毒性、不稳定性和操作窗口狭窄等问题，作者展示了一种有效且环保的 GVL 和 BAc 绿色溶剂组合，可用于规模化制备钙钛矿薄膜。与经典的 DMF:DMSO 溶剂制备高效 PSC 相比，GVL 的强 GVL-FA+ 相互作用和适当的配位能力可以稳定钙钛矿前驱体溶液，并通过直接溶剂萃取实现黑相 FAPbI3，避免了钙钛矿薄膜中残留黄相。TBMAI 后处理可以对钙钛矿薄膜进行全尺度钝化，提高 PSC 的效率和稳定性。基于 GVL 的前驱体溶液具有更宽的加工窗口和更长的保存期限。由于 PSC 可再现超过 25% 的高效率，大规模 PSM 实现了超过 20% 的高 PCE。相信这种生态友好型溶剂组合将有助于进一步提高 PSC 的效率和稳定性，并加快商用钙钛矿模块的可持续制造。

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