突破效率 - 稳定性困局：“选择性模板生长”策略助力钙钛矿太阳能电池新飞跃
在钙钛矿太阳能电池（PSCs）的研究领域中，如何突破效率与稳定性之间的权衡瓶颈，一直是科研人员努力攻克的关键难题。结合低反应活性大体积阳离子的化学惰性低维（CI LD）卤素金属盐界面，被视为极具潜力的解决方案，有望为钙钛矿太阳能电池的性能提升带来重大突破。然而，这一创新思路在实践过程中却面临着诸多阻碍。大体积阳离子本身低反应活性的特性，以及其前驱体在与下层钙钛矿正交兼容溶剂中溶解度不足的问题，严重限制了CI LD界面的构筑，成为制约钙钛矿太阳能电池进一步发展的“绊脚石”。
创新策略：“选择性模板生长（STG）”破局
面对上述困境，新加坡南洋理工大学的Tze Chien Sum及Yeng Ming Lam等科研团队另辟蹊径，提出了“选择性模板生长（STG）”这一开创性策略。该策略以常规亚稳低维界面作为模板，巧妙地利用有机阳离子交换来驱动更稳定的CI LD界面进行外延生长。这一创新方法犹如一把“钥匙”，成功打开了CI LD界面构筑的“大门”。
在实际应用中，基于“选择性模板生长”策略制备的器件展现出了卓越的性能。在有效面积为1.235 cm²的条件下，该器件实现了高达25.1%的光电转换效率。这一成绩在1 cm²级PSCs中处于领先水平，是当前已报告的最高效率之一。更为重要的是，“选择性模板生长”策略具有强大的多功能性，它成功解锁了CI LD接口的潜力，为开发更高效、更稳定的钙钛矿太阳能电池铺平了道路。相关研究成果近期以“Selective templating growth of chemically inert low - dimensional interfaces for perovskite solar cells”为题，发表在国际顶级期刊Nature Energy上，引起了科研界的广泛关注。
图文解析：深入探究策略优势
图1：生长策略对比，凸显STG优势
图1详细展示了在3D钙钛矿上生长CI LD界面的潜在溶液可处理策略。其中，图1a呈现了3D/CI LD异质结的示意图，并列举了CI LD界面典型的低反应活性大体积阳离子（An+）。通过与传统的HP法和FP法进行对比，STG策略的优势一目了然。
传统的HP法由于An+与3D钙钛矿之间的低反应活性，导致工艺步骤难以顺利进行，无法有效构筑CI LD界面。而FP法则受限于AnPbI₄前驱体在乙腈中的低溶解度，同样无法实现理想的界面生长。在图中，交叉圆圈符号明确表示了这两种工艺步骤的失败或不相容。相比之下，STG策略以常规亚稳低维界面为模板，通过有机阳离子交换巧妙地克服了上述难题，实现了CI LD界面的稳定外延生长，为钙钛矿太阳能电池的性能提升提供了有力保障。
图2：异质结构表征，验证STG效果
图2对3D/2D异质结构进行了全面的表征，从多个角度验证了“选择性模板生长”策略的有效性。
• XRD与吸收光谱分析：图2a和图2b分别展示了放大的XRD图以及对应的紫外 - 可见吸收光谱。通过对比3D钙钛矿原始薄膜、模板2D PA₂PbI₄原始膜、目标2D (PiEA)PbI₄薄膜，以及3D/(PiEA)I₂、3D/模板2D和3D/STG - 目标2D薄膜，可以清晰地看到不同薄膜的特征信号。垂直灰色与紫色带分别标记了PA₂PbI₄与(PiEA)PbI₄的特征信号区间，图b中的虚线则作为基线指示。这些数据表明，STG策略能够精准地控制目标2D薄膜的生长，实现预期的异质结构。
• GIWAXS图样分析：图2c呈现了3D钙钛矿原始薄膜及3D/(PiEA)I₂、3D/模板2D、3D/STG - 目标2D薄膜的GIWAXS图样。色标表示任意单位下的衍射强度，通过对比不同薄膜的图样，可以分析出晶体结构的差异。结果显示，STG策略制备的薄膜具有更规则的晶体结构，有利于载流子的传输，从而提高器件的光电转换效率。
• SEM形貌图分析：图2d - f展示了3D钙钛矿薄膜、3D/模板2D薄膜和3D/STG - 目标2D薄膜的SEM形貌图，比例尺为300 nm。从图中可以明显看出，3D/STG - 目标2D薄膜的表面形貌更加均匀、致密，减少了缺陷的产生。这些微观结构的优化有助于提高器件的稳定性和效率。
展望未来：开启钙钛矿太阳能电池新篇章
“选择性模板生长（STG）”策略的成功提出，为钙钛矿太阳能电池的发展注入了新的活力。它不仅突破了传统方法的局限，实现了高效、稳定CI LD界面的构筑，还为后续的研究提供了全新的思路和方法。随着这一策略的不断完善和推广，有望推动钙钛矿太阳能电池向更高效率、更稳定的方向发展。未来，科研人员可以进一步优化STG策略的工艺参数，探索更多适用于该策略的材料体系，同时结合其他先进技术，如叠层电池结构等，充分发挥钙钛矿材料的优势。相信在不久的将来，钙钛矿太阳能电池将实现大规模的商业化应用，为全球能源转型和可持续发展做出重要贡献。
Rao, H., Ye, S., Salim, T. et al. Selective templating growth of chemically inert low-dimensional interfaces for perovskite solar cells. Nat Energy (2025). https://doi.org/10.1038/s41560-025-01815-8DOI: 10.1038/s41560-025-01815-8
