论文概览

针对钙钛矿太阳电池在退火结晶过程中不可避免引入的微应变与张应力问题，武汉理工大学卜童乐&黄福志联合清华大学等研究团队创新性提出添加剂辅助液相退火策略。该研究通过在钙钛矿前驱体薄膜中引入可熔融添加剂1,4-丁磺内酰胺（BSA），在退火过程中形成晶间液相介质，促进晶界重构与晶体重排，从而实现无应变、大晶粒钙钛矿薄膜。同时，BSA液相环境还促进了自组装分子Me-4PACz在埋底界面的保形沉积，进一步释放张应力，并形成致密的空穴传输层。最终，该策略使小面积器件实现了26.79%的实验室最高效率（认证稳态效率26.14%），并在ISOS-V-2苛刻老化测试中，1000小时后仍保持95%初始效率；在模拟昼夜循环（12小时85°C光照+12小时20°C暗态）63个循环后，效率保持率高达98%。该研究以"Additive-assisted liquid medium annealing relieving strains in perovskite solar cells for improved stability"为题发表在顶级期刊Nature Energy上。

技术亮点

液相退火介质设计：BSA熔点（117.2°C）与钙钛矿退火温度完美匹配，在退火过程中形成晶间液相，促进晶体重排与边界重构。

微应变彻底消除：Williamson-Hall分析表明，BSA处理后微应变从1.77×10⁻³降至5.60×10⁻⁴（30秒），退火30分钟后接近零应变。

张应力协同释放：BSA辅助Me-4PACz在埋底界面自组装，形成致密保形层，张应力从88.21 MPa降至11.33 MPa，显著缓解晶格失配。

器件长期稳定性：在ISOS-V-2（-VOC, 85°C）测试中1000小时后效率保持95%；63个昼夜循环后保持98%；5×5 cm²组件效率达23.76%。

研究意义

✅破解退火应变难题：首次通过液相退火策略从根源上消除微应变与张应力，突破传统固态退火动力学限制。

✅构建无应变钙钛矿薄膜：实现晶界强化（模量从6.35 GPa提升至8.21 GPa）与缺陷态密度显著降低。

✅ 埋底界面一体化优化：BSA辅助Me-4PACz保形沉积，实现界面能带匹配（ΔE_h从0.81 eV降至0.43 eV）与均匀导电性。

✅多应力下卓越稳定性：在高温、偏压、昼夜循环等复杂工况下表现出优异的抗疲劳性能，为商业化铺路。

深度精读

图1（微应变消除与薄膜力学/结晶表征）：该图围绕液相介质退火消除钙钛矿薄膜内部微应变的机制展开，通过对比传统退火与BSA辅助液相退火的工艺示意图及退火前后截面的SEM形貌，直观展示BSA在晶界形成液相包裹晶粒、促进退火后晶粒长大与晶界重构的过程，结合Williamson-Hall分析的微应变演化曲线证实目标薄膜在退火30秒后微应变骤降至对照组的约三分之一并最终趋近零，辅以变角度GIWAXS证明目标薄膜晶格畸变抑制、晶面间距恒定，以及QNM-AFM定量纳米力学模量映射显示目标薄膜平均模量提升至8.21 GPa且晶界模量、硬度显著增强，共同表明液相介质有效消除了体相微应变并提升了薄膜力学性能。

- 图2（拉伸应变缓解与埋底界面/光电性质表征）：本图聚焦液相BSA介导的埋底界面优化与拉伸应变缓解机制，通过TOF-SIMS深度剖析与截面HAADF-STEM图像揭示BSA液相促进空穴传输分子Me-4PACz向埋底界面传质组装，形成致密保形的Me-4PACz/BSA复合缓冲层、消除界面孔洞，结合分子动力学模拟与DFT计算阐明BSA抑制Me-4PACz聚集、提升界面覆盖度的机理，利用GIXRD应力测试与原位加热XRD证明目标薄膜的面内拉伸应力从88.21 MPa大幅降至11.33 MPa且晶格膨胀受抑，辅以埋底界面TRPL、UPS能级表征显示目标组载流子寿命延长至1.15 μs、价带偏移减小、空穴提取势垒降低，证实液相介质优化了埋底界面并有效缓解了热膨胀失配导致的拉伸应变。

- 图3（器件光伏性能与大面积模组制备）：该图系统呈现液相介质退火策略对钙钛矿太阳能电池及大面积模组光伏性能的提升效果，基于p-i-n结构器件的J-V曲线显示目标器件冠军效率达26.79%、填充因子提升至85.38%、迟滞可忽略，稳态输出与认证效率分别达26.14%和26.27%，与EQE积分电流、Voc-光强关系、Mott-Schottky曲线及瞬态光电压/光电流测试结果相互印证，表明液相退火抑制缺陷复合、增强内置电场与电荷传输，同时刮涂法制备的5×5 cm²大面积模组反向扫描效率达23.76%，证明该应变消除策略在规模化印刷制备中同样具备优异的普适性与效能。

- 图4（复杂工况下的器件稳定性评估）：此图重点考察目标器件在严苛偏压、高温及模拟昼夜循环等复杂刺激下的运行稳定性，反向偏压测试显示添加BSA使器件平均击穿电压从约6.40 V提升至8.92 V，85℃、-Voc条件下的加速老化（ISOS-V-2）测试1000小时后目标器件仍保持95%初始效率（对照组600小时仅余80%），在模拟实际应用的昼夜循环（12小时85℃光照最大功率点追踪/12小时20℃暗态）中历经63个周期（1500小时）目标器件效率保持约98%而对照组迅速衰减，结合连续光照下大面积模组的老化数据，充分证明消除微应变与拉伸应变能显著抑制离子迁移与结构退化，大幅提升器件抗疲劳性与长期运行稳定性。

结论展望

本研究通过引入可熔融添加剂BSA，首次实现了钙钛矿薄膜退火过程中的液相介质辅助结晶，从根源上消除了微应变与张应力，构建了无应变、大晶粒、晶界强化的高质量钙钛矿薄膜。同时，BSA辅助底部限域自组装策略实现了Me-4PACz在埋底界面的保形沉积，进一步释放应力并优化能带匹配。最终，该策略使小面积器件效率突破26.79%，并在多种苛刻老化条件下展现出卓越的长期稳定性（ISOS-V-2：1000小时保持95%；昼夜循环63次保持98%）。这一“液相退火+应力释放”双引擎策略不仅为高效稳定钙钛矿太阳电池提供了全新的材料设计思路，也为大面积印刷制备工艺奠定了坚实基础。展望未来，随着熔融添加剂体系的进一步拓展、界面工程的持续优化以及组件级可靠性的系统评估，该技术有望加速钙钛矿光伏的产业化进程，推动实现高效率、高稳定、低成本的第三代光伏技术商业化应用。

文献来源

Gao, X., Jia, X., Mo, Y. et al. Additive-assisted liquid medium annealing relieving strains in perovskite solar cells for improved stability. *Nat. Energy* (2026).

https://doi.org/10.1038/s41560-026-02072-z

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