中国科学院与大连交通大学开发出一种无甲铵（MA-free）钙钛矿太阳能组件，功率转换效率达到22.7%。在稳定性测试中，该组件保持近98%的初始效率。

中国科学院（CAS）与大连交通大学开发了一套工艺，可在常规环境条件下使用狭缝涂布（slot-die coating）制造均匀钙钛矿太阳能组件。

研究作者 Zhihua Zhang 表示，团队开发了在环境条件下使用狭缝涂布制造均匀、高效、无甲铵钙钛矿太阳能组件的可靠工艺。

传统钙钛矿易受热致缺陷影响

钙钛矿太阳能电池因高效率和低制造成本而广泛用于光伏应用。

然而，许多高性能器件依赖甲铵（MA），其在热作用下易降解。降解的 MA 释放挥发性化合物，破坏钙钛矿晶体结构，增加缺陷并随时间降低电池效率。

为克服这一限制，研究人员设计了无 MA 钙钛矿材料，并配合新的结晶策略以改善制造过程中的成膜。

团队表示，狭缝涂布适合大规模生产。该技术材料利用率高，可集成到连续卷对卷生产线。

添加剂改善晶体形成

狭缝涂布不同于实验室常用的旋涂工艺。它可将钙钛矿溶液铺展到更大表面，更适合商业规模生产。但大面积均匀薄膜仍是主要挑战，因为加工过程中钙钛矿晶体必须均匀形成。

研究人员通过引入硫氰酸铷（RbSCN）和硫氰酸甲脒（FASCN）的组合添加剂策略解决该问题。

两种添加剂协同引导晶体生长，促进材料从非光活性 δ 相转化为产生电能的光活性 α 相。同时，它们抑制会降低器件性能的不利二次相形成。

研究人员称，降低两种晶体结构之间的能垒使结晶过程更可预测，并产生缺陷更少的薄膜。

Zhihua Zhang 表示，这项工作不是对工艺控制施加更严格约束，而是使结晶过程本身对工艺波动更宽容。

团队报告，组合添加剂将均匀结晶的工艺窗口扩大至100秒以上。这使致密高质量钙钛矿薄膜得以形成，具有更大晶粒、更低残余应力和更均匀的膜内组分。

效率与长期稳定性提升

采用新涂布方法提升了实验室电池和较大组件的性能。

研究人员报告小面积太阳能电池功率转换效率为26.16%。有效面积54.8平方厘米的较大组件实现22.70%效率，而未采用添加剂策略的对照组件为15.8%。

新设计还表现出更好的耐久性。

根据研究，在器件温度升至149°F（约65°C）的稳定性测试中，未封装太阳能组件保持97.76%的初始效率。即使在连续运行1300小时后，效率仍得以保持；这相当于在强日照下太阳能板可能经历的热条件下不间断使用超过54天。

但在相同条件下，未采用添加剂策略的对照器件仅保持65.86%的初始效率。

研究人员表示，更宽的工艺窗口和改善的晶体控制可能使狭缝涂布可用于大规模生产钙钛矿太阳能组件。

研究结果近期发表在《Advanced Materials》期刊。