近日，我院师生在国际知名期刊Small（JCR一区，中科院二区Top，IF=12.1）上发表了题为“ThermalField Management for Stress Releasing Toward Efficient, Scalable PerovskitePhotovoltaics”的研究论文，我院硕士研究生宋昱辰、叶林俊为论文共同第一作者，王鑫博士为论文第一通讯作者。
内容简介：
钙钛矿太阳能电池作为一种前景广阔的光伏技术，目前仍面临制备过程中的关键挑战：在传统基于溶液法的自下而上热退火工艺中，因材料间热膨胀系数不匹配，容易在钙钛矿薄膜中引入残余应变，从而显著降低器件的光伏性能，并制约其规模化制备。针对这一问题，本文提出了一种通过构建均匀热场，结合气-固（GS）反应与同步退火过程，以实现钙钛矿薄膜应力释放的新策略。在该过程中，通过控制甲脒碘化物（FAI）蒸气缓慢扩散并嵌入碘化铅（PbI₂）薄膜，实现了纯α相黑色 FAPbI₃钙钛矿的生成，从而精准调控了钙钛矿晶体的生长动力学并有效缓解了残余应变。该热管理方法进一步促进了钙钛矿薄膜的取向结晶，降低了缺陷态密度，使器件的功率转换效率（PCE）从对照组的 22.77% 提升至 23.58%，并显著增强了其运行稳定性。此外，该方法在实现颜色可调性及大面积钙钛矿太阳能组件（PSM，面积 859.1 cm²）的制备中也展现出良好适用性，组件 PCE 由 12.74% 提升至 16.56%。本研究凸显了热场调控在实现低应力、可扩展钙钛矿薄膜制备中的关键作用。
文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.202508529
图文导读：
图 1. 传统溶液法（SC）和气固反应法(GS) 制备钙钛矿薄膜的热场原理及其对热应力影响示意图。
图 2. a) 采用 SC和 GS工艺进行退火下热场分布的有限元分析； b) 钙钛矿薄膜表面温度随退火时间的变化；c) GS 和 SC 热处理下钙钛矿层应力分布的比较；d-e) 在固定 φ 角为 0.2°且 φ 角变化范围为 31.2°至 32.2°的条件下， d) SC 和 e) GS 薄膜样品的 GI-XRD 衍射峰位移；f) 从 XRD 图谱提取的钙钛矿薄膜的 2θ-sin²ψ线性拟合图；
图 3. a) 不同退火时间的钙钛矿薄膜的SEM图；b-c) 基于(b)SC和 (c)GS方法的钙钛矿薄膜在不同退火时间下的XRD分析； d) 钙钛矿(100)、(110) 和 (111) 晶面原子排列及能量示意图；e-f) 两种方法形成钙钛矿薄膜过程中的引起应力原理示意图；
图 4. a-b)钙钛矿薄膜在(a) SC 和(b) GS 工艺下的 SEM 图；c-d) 钙钛矿薄膜在(c) SC 和(d) GS 工艺下的二维（左）及对应三维（右）表面形貌 AFM 图；e) SC 和 GS 方法所制备钙钛矿薄膜的 PL 光谱；f) SC 和 GS 方法所制备钙钛矿薄膜的 TRPL 光谱；g) 采用 SC 和 GS 工艺制备的单电子器件的 SCLC曲线。
图5. a) 两种热处理下的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图；b) 通过SC和GS方法制备的钙钛矿太阳能电池在最大功率点(MPP)下的稳态效率和电流密度；c) 两种方法电池器件的效率统计分布图；d-e) SC和GS方法制备的钙钛矿膜在老化400小时并保持65°C条件前后的XRD图谱；f) 钙钛矿太阳能电池的组件实物图；g) 两种方法的钙钛矿模组的J-CV曲线。h) 未封装器件在氮气环境下、室温持续照射下的MPP长期稳定性。i) 电池在65°C热老化下的持续稳定性；
