由中国电子科技大学 (UESTC) 领导的国际研究团队在基于甲脒碘化物 (FAI) 的倒置钙钛矿太阳能电池中使用吡二唑 (PZ) 添加剂，提高了钙钛矿薄膜的稳定性，从而能够在空气中进行狭缝涂层。倒置钙钛矿太阳能电池具有一种称为“ pin ”的器件结构，其中空穴选择性接触p位于本征钙钛矿层i的底部，电子传输层n位于顶部。传统的卤化物钙钛矿电池具有相同的结构，但方向相反——即“ nip ”布局。在nip架构中，太阳能电池通过电子传输层(ETL)侧照明;在pin结构中，太阳能电池通过HTL表面照明。
碘化铅 (PbI2) 和碘化甲脒 (FAI) 均受益于 PZ 固定化策略，从而为电池形成“高质量”钙钛矿薄膜。该研究小组解释说：“由路易斯酸碱对 (PZ-PbI2) 和氢键 (PZ-FAI) 的形成所驱动的固定化效应不仅改善了钙钛矿前体溶液中胶体尺寸分布的均匀性，而且还通过抑制胶体团聚增强了湿膜的稳定性。”
电池堆栈如下：透明氟掺杂氧化锡(FTO)涂层玻璃基板、溅射氧化镍(II)(NiOx)薄膜、甲基取代咔唑(Me-4PACz)层、钙钛矿、巴克明斯特富勒烯(C60)电子传输层(ETL)、浴铜灵(BCP)缓冲层、铜(Cu)触点。
在空气中用刮刀涂布法将Me-4PACZ薄膜涂覆在NiOx薄膜表面。“之后，将配制好的含有不同浓度添加剂的钙钛矿前驱体溶液，通过狭缝模头涂布技术，在空气中沉积。”该团队表示。
实时表征显示，“这种方法不仅可以延缓晶体生长过程，还可以确保钙钛矿薄膜上下层之间的结晶速率一致，”研究人员解释道。该过程有助于形成具有“极佳均匀性”的大型单片晶粒。
基于这种方法，最终的迷你模块实现了 21.5% 的最大效率和 20.3% 的认证效率，在孔径面积超过 50 cm2 的迷你倒置钙钛矿太阳能电池模块中位列最高认证效率之列。
该结果得到了中国国家计量测试技术研究院的确认。研究还发现，在相对湿度为 65% 的空气中连续光照老化 1000 小时后，倒置钙钛矿太阳能电池板仍能保持 94% 的初始效率。“我们的方法通过抑制胶体聚集、延缓晶体生长来增强湿膜稳定性，从而确保整个薄膜的生长率一致，”科学家说。
实验中的倒置钙钛矿太阳能电池微型模块尺寸为 10 厘米 × 10 厘米。每个模块都有 11 个串联电池。研究人员表示，值得注意的是，串联模块的 P1、P2 和 P3 划线，其中 P1 和 P3 划分模块子电池，P2 连接子电池。
进一步的测试表明，在孔径面积为 56.5 cm2 的模块中，PZ 将模块效率从 18.2% 提高到了 21.5%，而 PZ-I 和 PZ-II 的效果要么可以忽略不计(17.9%)，要么效率有所降低(17.0%)。
研究细节发表在《自然通讯》最近发表的论文《通过固定策略可扩展制备具有均质结构的钙钛矿薄膜用于高性能太阳能电池组件》中。研究人员来自中国电子科技大学 (UESTC)、广州大学、中国计量大学和法国巴黎化学研究所 (IRCP)。
李教授在谈到研究团队的未来方向时表示：“我们将专注于优化大面积钙钛矿-硅串联太阳能电池的效率和稳定性。”
