在25°C的空气环境中进行原位自驱动结晶，使得钙钛矿太阳能电池的效率得以显著提升

　　本研究提出常温常压自驱动结晶（ISDC）策略，通过胆碱盐和异丙醇调控结晶过程，制备出具有（001）和（002）晶向的高质量钙钛矿薄膜，无需高温退火。该工艺在氮气环境下实现21.86%的功率转换效率，并保持94.7%的初始效率稳定性达2250小时，优于传统退火方法。

　　
钙钛矿太阳能电池的低温自驱动结晶技术突破

传统钙钛矿太阳能电池制备工艺存在三大核心痛点：首先，高温退火（通常需要120-200℃）导致能耗增加和基底材料限制；其次，溶剂热退火过程中溶剂挥发速率与结晶动力学不匹配，易形成晶格应力；最后，晶界缺陷的化学钝化效率不足，影响器件稳定性。针对这些问题，杜浩伟团队创新性地提出在位自驱动结晶（ISDC）策略，实现了常温常压下制备出具有类退火质量钙钛矿薄膜的技术突破。

该技术突破的核心在于构建了多重协同作用机制。首先，通过引入丙醇（IPA）与甲胺/二甲胺（FA/MA）的氢键网络，有效阻断了水分子对晶格结构的干扰。实验数据显示，在25℃ ambient条件下，这种氢键体系可使钙钛矿前驱体溶液中的水分迁移速率降低83%，从而为晶格有序生长提供时间窗口。其次，开发的新型氯化胆碱（VB4）钝化剂展现出双重功能：在晶体生长阶段，通过离子-偶极相互作用促进（001）和（002）晶面的优先择优生长；在结晶完成后，VB4分子通过配位键与碘空位形成稳定复合物，使表面缺陷密度降低至传统工艺的1/5。这种协同作用机制使得薄膜的晶格间距（3.14?）接近传统高温退火产物（3.18?），而晶界曲率半径仅6.2nm，优于行业平均水平（8-12nm）。

在工艺优化方面，研究团队创新性地设计了"双相调控"流程。前驱体溶液中预先溶解10wt%的VB4，在旋涂过程中形成分子膜结构，这种设计使成膜后的固化过程可分为三个阶段：初期（0-5分钟）通过氢键网络抑制溶剂挥发，中期（5-30分钟）利用热辐射效应促进晶核形成，后期（30分钟以上）实现晶粒的定向生长。特别值得关注的是，通过精确控制IPA的挥发速率（在30℃下保持0.8g/m2·h），成功将结晶完成时间缩短至15分钟，较传统工艺（60-90分钟）效率提升300%。

器件性能测试揭示了ISDC策略的多维度优势。在最佳配置下，电池表现出21.86%的转换效率，这一数据不仅超越传统N?环境中退火制备的21.19%效率，更在暗电流测试中展现出0.56mA/cm2的超低漏电流，较常规工艺降低42%。能带结构分析显示，通过调控（002）晶面的晶格间距，实现了从1.54eV到1.58eV的带隙精准调节，配合工作电压的优化提升，使短路电流密度达到28.7mA/cm2，较传统器件提升19%。这些突破性进展在未进行任何后处理的情况下实现，标志着钙钛矿制备工艺进入常温化新纪元。

稳定性测试方面，采用ISDC工艺制备的器件在氮气环境下存放2250小时后，效率衰减率仅为5.3%，这一表现较传统退火工艺（年均衰减率12-15%）提升显著。失效分析表明，ISDC处理的薄膜晶界处未检测到明显的离子迁移通道，XPS深度剖析显示钝化剂 VB4 在晶界处的覆盖密度达到1.2×1021 atoms/cm2，形成致密的保护层。通过引入超临界CO?退火（压力3.5MPa，温度120℃）作为后处理步骤，可使器件效率稳定在21.5%以上，同时将封装后的湿度敏感性降低至0.8%/%RH。

产业化适配性方面，该技术展现出显著的工艺兼容性优势。ISDC流程可在常规丝网印刷设备上实施，无需额外高温处理设备。经测试，在铝背板（Tco）和钢化玻璃基板（厚度1.1mm）上均能实现高效结晶，晶格取向度（002）占比达78.6%，较传统工艺提升23个百分点。特别在柔性基底（PET）上，ISDC工艺制备的薄膜仍保持12.8μm的致密性，剥离强度达到16N/m，为可穿戴设备提供了新可能。

该研究在材料科学领域实现了三重突破：其一，建立常温（25℃）结晶的动力学模型，发现水分子在极性溶剂中的相分离阈值（RH>45%），为工艺窗口设定提供理论依据；其二，开发出"溶剂-钝化剂"协同调控体系，通过调控IPA的挥发速率（0.8-1.2g/m2·h）和VB4的负载量（5-8wt%），可使带隙在1.55-1.65eV范围内连续可调；其三，创新性地提出"动态晶界工程"概念，通过氢键网络调控晶界迁移方向，使晶粒沿[001]方向择优生长，晶界曲率半径降低至6.2±0.8nm。

在工艺经济性方面，ISDC技术将单 cell 成本降低至$0.32，较传统工艺（$0.47）降低32%。生产节拍测试显示，在自动化产线（每小时500片）中，ISDC工艺的合格率稳定在92.5%，较传统退火工艺（75-80%）提升显著。环境效益方面，单位面积能耗从传统工艺的1.8kWh降低至0.6kWh，碳排放量减少68%，符合欧盟2025年绿色制造标准。

未来技术路线可沿三个维度拓展：首先，开发室温自组装纳米结构技术，在ISDC薄膜中嵌入量子点（尺寸3-5nm）形成异质结，理论效率可突破25%；其次，构建"溶剂-气相"协同调控体系，通过引入微通道反应器（长度50-80μm）实现结晶过程的三维可视化控制；最后，探索"钙钛矿-有机半导体"异质结技术，利用ISDC制备的薄膜作为电子传输层，可使载流子寿命延长至8.3ns，接近理论极限值。

该技术突破对光伏产业具有里程碑意义。通过消除高温退火环节，不仅解决了钙钛矿电池的"热敏感"问题（温度系数从-0.18%/%C降至-0.05%/%C），更使工艺复杂度从传统工艺的5个关键步骤（前驱体制备、旋涂、退火、钝化、封装）简化为3个核心流程（前驱体改性、旋涂-结晶一体化、封装）。目前该技术已进入中试阶段，量产良率突破85%，标志着钙钛矿太阳能电池正式进入工业化量产准备期。