经过十余年的发展，单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已高达25.7%，成为新一代光伏技术的主要代表。钙钛矿太阳能电池要实现商业化的一个先决条件是开发一种快速且环保的钙钛矿前驱体合成方法。目前，钙钛矿前驱体的制备主要是将铅源与多种阳离子盐直接混合，这种“单体混合”的制备方式不可避免地引入人为称量误差，从而导致不准确的化学计量比，最终造成薄膜物化性质的变化及较差的实验可重复性。特别是对于具有复杂组分的钙钛矿，如混合离子钙钛矿Csx(FA1−yMAy)1−xPb(I1−zBrz)3等，需要消耗大量精力配制钙钛矿前驱体，过程繁琐，不利于大规模生产。针对上述问题，可采用预先合成钙钛矿粉末方法以确保前驱体溶液具备准确的化学计量比。机械化学法是一种利用机械力来实现化学反应的路线，与传统的湿化学方法相比，它具有工艺简单、绿色环保和兼容大规模合成等独特优势，是一种很有前景的钙钛矿材料合成技术。

鉴于此，中心朱瑞研究员和龚旗煌院士课题组提出了一种绿色溶剂辅助的机械化学方法，用于快速合成固定化学计量比的δ相FAPbI3粉末，并将该粉末用于制备高质量钙钛矿薄膜。动态光散射技术和同步辐射X射线晶体学研究表明，重新溶解δ相FAPbI3所得的前驱体具有高浓度的大尺寸胶体。这些大尺寸的胶体可以作为晶核促进钙钛矿膜的非均相成核，从而使钙钛矿膜具有更好的结晶性能和优异的取向性。与使用混合单体作为前驱体制备的薄膜相比，该薄膜具备更低的缺陷密度，且在钙钛矿/电荷提取层界面的载流子传输更优。由于器件内非辐射复合损失被有效抑制，相应的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率显著提升至24.2%。该工作表明机械化学在高性能钙钛矿太阳能电池的商业化进程中显示出巨大的潜力。

图1 机械化学法制备的高质量钙钛矿前驱体显著提升太阳能电池效率

相关研究成果以“机械化学助力高性能钙钛矿太阳能电池（Mechanochemistry Advances High-Performance Perovskite Solar Cells）”为题，于2021年11月29日发表在《先进材料》（Advanced Materials，期刊影响因子30.85）杂志上；北京大学物理学院博士后张玉琢为第一作者，朱瑞研究员为通讯作者。

上述研究工作得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金，以及纳光电子前沿科学中心、量子物质科学协同创新中心、极端光学协同创新中心、北京大学长三角光电科学研究院等支持。

论文原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202107420