动态热风辅助再结晶策略改善CsPbI2Br 钙钛矿在大气环境下的结晶及其光电性能*

张子发 袁翔 鹿颖申 何丹敏 严全河 曹浩宇 洪峰 蒋最敏 徐闰 马忠权 宋宏伟 徐飞†

1) (上海大学理学院,上海市高温超导重点实验室,上海 200444)

2) (复旦大学物理系,应用表面物理国家重点实验室,上海 200433)

3) (上海大学电子信息材料系,上海 200444)

CsPbI2Br 薄膜在大气环境下制备存在覆盖率低、结晶质量差和结构稳定性差等问题.本文提出了一种动态热风辅助再结晶策略(dynamic hot-air assisted recrystallization,DHR),在相对湿度大于60% (＞60% RH)的大气环境下,制备出高覆盖率、(100)择优取向、大尺寸晶粒、结构稳定、光电性能好的CsPbI2Br 薄膜.这是由于动态热风过程能够有效提高薄膜的覆盖率和获得(100)择优取向的结晶,但晶粒尺寸会显著减小(Rave=0.32 μm)并伴随着大量的晶界形成,从而加剧载流子的非辐射复合(τave=99 ns);而通过再结晶过程,可进一步提高(100)择优取向的结晶和显著增大晶粒尺寸(Rave=2.63 μm),从而提高薄膜的光致发光强度和荧光寿命(τave=118 ns).由DHR 策略制备的未封装CsPbI2Br 太阳能电池具备高光电转换效率(power conversion efficiency,PCE=17.55%)、低迟滞因子(hysteresis index,HI=2.34%)和长期的储存稳定性(air,＞60% RH,40 天,初始PCE 的96%)等特性.

1 引言

近年来,有机无机杂化钙钛矿太阳能电池在光伏领域展现出优异的光电转换效率(power conversion efficiency,PCE),引起了研究者的广泛关注[1-3].然而,有机无机杂化钙钛矿中的有机阳离子如甲胺基团或甲脒基团(methylamine,MA+;formamidine,FA+)在高温下极易与氧或水反应,导致钙钛矿结构最终分解为有机气体和碘化铅[4].为了克服有机阳离子的不稳定性问题,研究者转向到耐热的全无机CsPbX3(X为Cl,Br,I 或混合卤素)钙钛矿的研究[5-7].如混合卤化物钙钛矿CsPbI2Br 因其优异的热稳定以及合适的带隙(1.90 eV),可作为半透明太阳能电池和叠层电池中的顶电池而备受关注[8,9].虽然可以通过手套箱制备高性能CsPbI2Br 太阳能电池[10-13],但这种制备方法不仅增加了成本而且制造工艺复杂,并不适合低成本的商业化制造[14].而在大气环境下制备的CsPbI2Br 薄膜易受湿度的影响,存在覆盖率低、结晶质量差、孔洞多、易转变为非钙钛矿相(δ 相)等问题[15,16].为了解决大气环境下制备CsPbI2Br薄膜的问题,一种可行的方法是在前驱体溶液中形成络合物来延缓结晶过程,以减少环境中水分的影响.如Duan等[17]利用前驱体溶液中形成的络合物(HCOOH·Cs+)延缓了结晶过程,并保护了薄膜不受水分的影响,在相对湿度为30% (30% RH)的大气环境下制备出了高质量的CsPbI2Br 薄膜,使CsPbI2Br 太阳能电池的PCE 达到16.14%.另一种可行的方法是在成膜过程中尽可能地减少CsPbI2Br薄膜周围的水分.例如,Mali等[18]首次利用动态热风法(dynamic hot-air,DHA)在25%—35% RH的大气环境下制备出了致密的CsPbI2Br 薄膜,但是晶粒尺寸较小,使其太阳能电池的PCE 仅达到14.85%.而Xiao等[19]引入三水合醋酸铅(Pb Ac2·3H2O)添加剂,利用Pb2+和Ac-之间的相互作用降低了形核位点从而减缓了晶体生长,弥补了动态热风法加快了溶剂的蒸发速率、导致晶粒尺寸显著减小的不足,实现了晶粒较大、致密的CsPb I2Br 薄膜,使其太阳能电池的PCE 达到17.39%,但长期稳定性有待提高.

为了能够改善动态热风法中晶体生长和长期稳定性的问题,我们提出了一种大气环境下的动态热风辅助再结晶(dynamic hot-air assisted recrystallization,DHR)策略,即使用高黏度系数的绿色溶剂-醋酸甲胺离子溶液(methylamine acetate,MAAc)对动态热风法所生成的薄膜进行再结晶处理.通过该策略,在＞60% RH 的大气环境下制备出高覆盖率、(100)择优取向、大尺寸晶粒、表面粗糙度小、低缺陷密度、结构稳定的CsPbI2Br 薄膜.动态热风过程能够有效减少薄膜周围的水分并且加快溶剂的蒸发速率,使得前驱体溶液中的形核位点增加,提高了薄膜的覆盖率;可实现(100)择优取向(I(110)/I(200)=0.010),但不可避免地造成了晶粒尺寸的减小(Rave=0.32 μm)并伴随着大量的晶界形成,晶界处的陷阱态加剧了载流子的非辐射复合(τave=99 ns).而再结晶过程能够显著增大薄膜的晶粒尺寸(Rave=2.63 μm)和进一步提高(100)择优取向(I(110)/I(200)=0.006),从而明显增大薄膜的光致发光强度和荧光寿命(τave=118 ns).利用该策略制备出的未封装CsPbI2Br 钙钛矿太阳能电池展示出高的PCE (17.55%)、低迟滞因子(hysteresis index,HI=2.34%)、高的可重复性以及长期的储存稳定性(air,＞60% RH,40 天,初始PCE 的96%)等特性.

2 实验部分

本实验使用的化学原材料主要包括以下化学品: 碘化铯(CsI,99.9%),碘化铅(PbI2,99.9%),溴化铅(PbBr2,99.9%),醋酸甲胺离子溶液(MAAc,99.9%),二甲基亚砜(DMSO,99.9%),N,N-二甲基甲酰胺(DMF,99.9%),金丝(Au,99.999%).所有化学品均按原规格使用,无需进一步纯化.

CsPbI2Br 前驱体溶液配制如下: 将3.5 mmol的CsI 粉末和1.75 mmol 的PbI2粉末及1.75 mmol的PbBr2粉末溶解在3.68 mL DMSO 溶剂中;再加入0.92 mL DMF 溶剂,在60 ℃搅拌台上进行搅拌;直至完全溶解为澄清淡黄色透明溶液.二氧化锡(SnO2)前驱体溶液配制如下: 用去离子水稀释质量分数15%的SnO2胶体分散液,配成质量分数3%的前驱体溶液.2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)前驱体溶液配制如下: 将72.3 mg Spiro-OMeTAD,35 µL 双(三氟甲烷)磺酰胺锂盐(Li-TFSI)原液(260 mg Li-TFSI 溶于1 mL 乙腈),30 µL 4-叔丁基吡啶溶于1 mL 氯苯中.

太阳能电池采用nip 型器件结构,即ITO/SnO2/CsPbI2Br/Spiro-OMeTAD/Au.首先,氧化铟锡导电玻璃(ITO)衬底依次在丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗;将其使用氮气流吹干,再进行紫外线臭氧处理15 min.衬底预处理后,将SnO2前驱液滴在衬底上,以4000 r/min 的转速快速旋转30 s,再放置在160 ℃加热台上退火1 h.在＞60% RH 的大气环境下,将CsPbI2Br 前驱体溶液滴在SnO2层上,先以1000 r/min 的转速旋转10 s,再以2500 r/min 的转速旋转30 s.在旋涂的最后10 s,使用GHG 20-63 型热风枪(出口温度为160 ℃)在薄膜上方4 cm 处辅助薄膜结晶.然后将薄膜放置在160 ℃加热台上退火6 min.再将薄膜放置在260 ℃加热台上,并将滴有60 μL 的MAAc 离子溶液的载玻片放在薄膜旁,扣上玻璃培养皿让薄膜在MAAc 蒸汽氛围下退火2 min.待薄膜冷却后,将Spiro-OMeTAD 前驱体溶液滴在CsPbI2Br 薄膜上,以3000 r/min 的转速旋转30 s.最后,在Spiro-OMeTAD 层上蒸镀80 nm 厚的金电极,电池的有效面积为0.1 cm2.为了简化描述,将未使用策略制备的CsPbI2Br 薄膜(器件),命名为对照组(Control)薄膜(器件);经过策略优化制备的CsPbI2Br 薄膜(器件),统称为优化组薄膜(器件).其中,仅使用再结晶策略优化的CsPbI2Br薄膜(器件),命名为REC 薄膜(器件);仅使用动态热风辅助策略优化的CsPbI2Br 薄膜(器件),命名为DHA 薄膜(器件);使用动态热风辅助再结晶策略优化的CsPbI2Br 薄膜(器件),命名为DHR薄膜(器件).

使用第一性原理软件包VASP 的HSE06 杂化泛函计算能带结构[20].采用VHX-600 型光学显微镜(OM)观测钙钛矿薄膜表面形貌.采用Dimension Edge 型原子力显微镜(AFM)来表征薄膜微观区域的形貌变化,并测量了薄膜的粗糙度.从目前已报道的文献[21-23]来看,用AFM 获得的表面形貌与扫描电子显微镜相差不大,因此根据AFM 表征的表面形貌统计出薄膜的平均晶粒尺寸.采用X’Pert Pro 型X 射线衍射仪(XRD)测量钙钛矿薄膜的晶体结构.采用晶体结构建模软件VESTA 计算CsPbI2Br 粉末的XRD.采用TU-1901 型双光束紫外-可见分光光度计测量钙钛矿薄膜的光吸收参数.采用由实验室自行搭建的光电集成测量系统测量钙钛矿薄膜光致发光(PL)和电池的外量子效率(EQE)[24,25].采用Fluorolog-QM 系列光谱仪测量时间分辨PL 谱(TRPL).利用太阳光模拟器在标准太阳光辐照下(AM 1.5 G,100 mW/cm2)测量器件的光伏性能,测量前使用标定的晶硅电池进行校准.为了验证器件的重复性,每组器件采用15 片电池.

3 结果与讨论

为了从形貌和相结构上探究不同优化策略对CsPbI2Br 薄膜的影响,进行了OM,AFM 和XRD测试.如图1(a)所示,由于高湿度(＞60%,RH)大气环境中水分的影响,对照组薄膜的覆盖率较低,其晶粒呈岛状分布,并且表面存在大量孔洞.与对照组薄膜不同的是,REC 薄膜的晶粒略显聚集,但其薄膜表面仍存在许多孔洞.而DHA 薄膜和DHR薄膜的表面形貌十分致密并且无孔洞存在,这可能是因为动态热风过程加快了溶剂的蒸发速率,使得前驱体溶液中的形核位点增加,从而显著提高了薄膜的覆盖率.进一步观察薄膜微观区域的形貌并进行晶粒尺寸统计发现(图1(b),(c)),对照组薄膜的表面粗糙度(RMS)和平均晶粒尺寸(Rave)分别为107.0 nm 和0.96 μm,REC 薄膜的表面粗糙度有所减小(RMS=94.7 nm)而Rave略微增大(1.02 μm).与对照组薄膜相比,DHA 薄膜的表面粗糙度显著降低(RMS=18.1 nm),但晶粒尺寸显著减小(Rave=0.32 μm),溶剂蒸发速率的加快不可避免地造成了晶粒尺寸的减小.值得注意的是,虽然REC 薄膜与DHR 薄膜都经过了一步再结晶过程,但DHR 薄膜的平均晶粒尺寸显著增大(Rave=2.63 μm),并且具有最低的表面粗糙度(RMS=17.4 nm),这表明DHR 策略可以利用动态热风法中薄膜高覆盖率的特点,通过增大晶粒间的接触面积使得再结晶过程充分进行.如图1(d)所示,对照组薄膜的XRD 呈现出3 个主要的衍射峰,分别对应于α 相CsPbI2Br 的(100),(110)和(200)衍射面,与计算结果保持一致.与对照组薄膜相比,DHR 薄膜的(100)和(200)衍射峰强度明显增大,表明DHR 薄膜的结晶质量显著提高.为了半定量比较出不同薄膜取向的择优性,进一步计算(110)和(200)衍射峰强度之比(I(110)/I(200)),由此得出4 组薄膜的I(110)/I(200)分别为0.143,0.062,0.010,0.006.对照组薄膜的I(110)/I(200)接近粉末衍射的计算值(0.147),说明对照组薄膜生长不具有择优性;而DHR 薄膜的I(110)/I(200)远小于粉末衍射的计算值,说明其呈现出高度的(100)择优取向.一般地,利用旋涂法制备CsPbI2Br 薄膜的过程可分为3 个阶段: 随着溶剂中的有机溶剂DMF,DMSO 逐渐挥发,前驱体溶液达到过饱和状态(阶段1);当加热台提供足够的热量时,克服了对应的吉布斯自由能,晶胚达到临界形核半径开始形核(阶段2);当薄膜中的配位溶剂开始蒸发,晶体随之快速生长(阶段3).其中,晶体生长过程十分迅速并且易受环境中水分的影响.虽然动态热风过程可以减少薄膜周围的水分并提高薄膜的覆盖率,但该过程加快了溶剂的蒸发速率,导致晶粒尺寸显著减小.由于醋酸根(Ac-)中的碳-氧双键与PbI2之间具有强相互作用[26],促使CsPbI2Br 薄膜在再结晶过程中产生了中间相[27],这种中间相会由于MAAc 的加热蒸发而迅速转变[28].此外,由于晶粒具有较高的表面能,相邻的小尺寸晶粒会发生溶解再结晶.因此,MAAc 不仅起到溶剂的作用,而且作为媒介促进了CsPbI2Br 的快速结晶.从而动态热风辅助再结晶策略可以显著改善晶体的生长,制备出晶粒大、(100)择优取向、表面粗糙度小、无孔洞的CsPbI2Br 薄膜(图1(e)),具有大晶粒尺寸的钙钛矿薄膜更有利于实现良好的电荷输运、器件性能和长期稳定性[29].

图1 对照组和优化组薄膜的(a) OM 表面形貌图、(b) AFM 表面形貌图、(c)晶粒尺寸统计图、(d) XRD 图谱和(e)示意图Fig.1.The (a) OM images,(b) AFM images,(c) grain size statistics,(d) XRD patterns,and (e) schematic of the control group and optimized group thin films.

为了探究CsPbI2Br 的电子结构,首先对其单胞进行结构优化,得到的晶格常数为a=b=6.40 Å,c=5.98 Å (图2(a)).进一步,利用HSE杂化泛函计算了CsPbI2Br 的能带结构.如图2(b)所示,其导带底和价带顶都位于倒空间的Α点(0.5,0.5,0.5),表明CsPbI2Br 是直接带隙半导体材料,计算得到其带隙为1.99 eV,接近实验测试得到的光学带隙.对于直接带隙半导体,可以通过Tauc 方程拟合吸收系数α 得到材料的光学带隙Eg[30],公式为

图2 CsPbI2Br 单胞的(a)晶体结构和(b)能带结构;对照组和优化组薄膜的(c)紫外-可见吸收光谱及PL 光谱(实线表示玻璃基底上PVSK 的PL 光谱;方块表示SnO2 上PVSK 的PL 光谱)Fig.2.(a) Crystal structure and (b) band structure of CsPbI2Br unit cell;(c) UV-vis absorption spectra and PL spectra of the control group and optimized group thin films (the solid line represents the PL spectra of PVSK on glass;the square dots represent the PL spectra of PVSK on SnO2).

其中h为普朗克常数,ν 为光频率.进行线性拟合得到的横坐标截距为样品的Eg,由此得出4 组薄膜的Eg分别为1.86,1.86,1.88,1.88 eV (图2(c)).结合XRD 的测量结果,表明DHR 策略并不会改变材料的晶体结构和光学带隙.与对照组薄膜相比,DHR 薄膜的PL 强度得到了显著的提高,这表明由缺陷引起的非辐射复合明显减少,这可能与其大的晶粒尺寸和较高的结晶质量有关[31].此外,沉积在SnO2上的DHR 薄膜表现出强的发光淬灭,说明动态热风辅助再结晶策略有利于电子传输层抽取钙钛矿(perovskite,PVSK)中的电子.

为了进一步探究不同的优化策略对CsPbI2Br薄膜光学性质的影响,通过拟合吸收系数的对数形式的斜率得到薄膜的乌尔巴赫能量(Urbach energy,EU)[32]:

其中α0为常数.如图3(a)所示,在4 个样品中,DHR薄膜具有最低的乌尔巴赫能量(EU=48.9 meV),表明DHR 薄膜中的晶格更加有序,结晶度显著提升[32].此外,从肉眼上看对照组薄膜颜色的均匀性很差,大部分区域呈现出淡白色.然而,DHR 薄膜则呈现出均匀的深棕色,并且在700—900 nm 范围内的透射率远高于对照组薄膜,在带隙外保持高的透射率更适合应用于半透明太阳能电池和叠层电池的顶电池中.CsPbI2Br 薄膜的TRPL 光谱可以通过双指数函数进行拟合[7]:

图3 对照组和优化组薄膜的(a)吸收系数的对数形式与光子能量的曲线图,(b)透射光谱,(c) TRPL 光谱,以及(d)—(g)老化图像及其紫外-可见吸收光谱Fig.3.The (a) ln(α) versus energy,(b) transmission spectra,(c) TRPL spectra,and (d)-(g) photos and UV-vis absorption spectra with aging time of the control group and optimized group thin films.

其中,τ1为快衰减分量,表示表面复合载流子寿命;τ2为慢衰减分量,表示体复合载流子寿命;A1,A2分别为τ1和τ2的衰减振幅.如图3(c)所示,DHR薄膜的平均载流子寿命(τave)最长,其τave为118 ns.从表1 看出,经过再结晶优化后,REC 薄膜的τ1和τ2均有提升,使得τave增至112 ns.然而,仅使用动态热风法优化后,DHA 薄膜的表面复合寿命显著降低(τ1=2.77 ns),这可以归因于晶粒尺寸的减小(即更多的晶界),晶界处的陷阱态加剧了载流子的非辐射复合[33].但DHA 薄膜的A2明显增大(A2=0.29),可能与其致密性的改善有关.值得注意的是,DHR 薄膜在A2显著增大的同时(A2=0.31),保持了较大的表面复合寿命(τ1=9.36 ns),这可以归因于其晶粒尺寸的增大.为了确定对照组薄膜和优化组薄膜的稳定性,对两组薄膜进行了长达20 天的拍照跟踪,并对薄膜的吸收光谱进行了连续测量(图3(d)—(g)).在＞60% RH 的大气环境下,对照组薄膜的稳定性较差,第20 天时样品中大部分区域的颜色已变成淡黄色;同时,对照组薄膜的吸收度迅速下降,表明其已转变为δ 相,失去了光学活性.与对照组薄膜类似,REC 薄膜与DHA薄膜都呈现出不同程度的颜色转变和吸收度的减弱.不同的是,DHR 薄膜在大气环境中储存20 天后仍保持深棕色,并且其吸收度的减小可忽略不计.由于水分子极易与钙钛矿薄膜的晶界处发生反应,形成水合物,从而导致钙钛矿结构崩塌[34].因此,DHR 薄膜的水氧稳定性可以归因于两方面.一方面,DHR 策略可以获得高质量无孔洞的薄膜,减小了薄膜表面与水分子的接触面积;另一方面,DHR 策略显著增大了薄膜的晶粒尺寸,即减少了薄膜的晶界数量.

表1 对照组与优化组CsPbI2Br 薄膜TRPL 光谱的拟合参数Table 1. Fitting parameters of TRPL spectra for the control group and optimized group CsPbI2Br thin films.

为分析钙钛矿太阳能电池的光电性能,制备了器件结构为ITO/SnO2/CsPbI2Br/Spiro-OMeTAD/Au 的太阳能电池.如图4 所示,对照组器件的开路电压(VOC)、短路电流密度(JSC)、填充因子(FF)和光电转换效率(PCE)分别是1.16 V,13.10 mA/cm2,66.1%和10.04%.REC 器件的VOC增大至1.28 V,但由于其较低的FF(74.1%),PCE 仅有14.15%.DHA器件的FF 显著增大至81.4%,但其VOC的提升并不明显(1.22 V).值得注意的是,DHR 器件的VOC,JSC,FF,和PCE 分别增至1.36 V,15.51 mA/cm2,83.2%和17.55%.DHR 器件的光电参数明显高于对照组器件,其VOC和FF 的显著增大可以归因于薄膜中缺陷态的减少以及更小的表面粗糙度,更加平整的表面有利于减小层间的接触电阻.为了评估钙钛矿电池中的迟滞效应,迟滞因子(HI)的计算公式为

图4 对照组和优化组钙钛矿太阳能电池的(a)光电流密度-电压曲线,(b)光电流密度-电压正反扫曲线,(c)外量子效率,(d)转换效率统计分布图,(e)短路电流统计分布图,(f)开路电压统计分布图,(g)填充因子统计分布图,(h)开路电压随光照强度变化,(i)电流-电压曲线,(j)储存稳定性Fig.4.The (a) J-V curves,(b) hysteresis curves,(c) EQE spectra,(d) PCE statistics,(e) JSC statistics,(f) VOC statistics,(g) FF statistics,(h) light intensity-dependent VOC variation,(i) current-voltage curves,and (j) storage stability of the control group and optimized group perovskite solar cells.

其中PCE(R)和PCE(F)分别为反扫曲线与正扫曲线的光电转换效率.如图4(b)所示,对照组器件的迟滞效应显著(HI=23.83%),而DHR 器件的迟滞效应可以忽略不计(HI=2.34%).此外,在350—650 nm 波长范围内,DHR 器件的外量子效率(external quantum efficiency,EQE)明显高于对照组器件,其积分电流密度达到15.46 mA/cm2,这与DHR 器件的JSC基本一致(图4(c)).为了验证器件的重复性,统计分析了4 组器件的PCE,JSC,VOC和FF.如图4(d)—(g)所示,DHR 器件的光伏参数分布集中,表明DHR 策略具有高的可重复性.太阳能电池的VOC对光照强度的依赖关系可以评估缺陷主导的非辐射复合过程,公式为

其中n为理想因子,kB和T为玻尔兹曼常数和温度,I和q为光照强度和基本电荷,B为常数.在四组器件中,DHR 器件具有最低的理想因子(n=1.31),接近理想因子1,说明由缺陷主导的非辐射复合被显著抑制(图4(h)).此外,还进行了空间电荷限制电流测量,以定量评估这些器件中的缺陷密度,公式为

其中Ntrap为缺陷密度,VTFL为缺陷填充极限电压,εr和ε0为相对介电常数和真空介电常数,q为基本电荷,L为薄膜厚度.如图4(i)所示,优化组器件的Ntrap明显低于对照组器件(Ntrap=4.07×1015cm-3).其中,DHR 器件具有最小的缺陷密度(Ntrap=1.81×1015cm-3),这与PL 及TRPL 的分析结果一致.进一步测试了未封装的对照组器件和优化组器件的储存稳定性.结果表明,在＞60% RH的大气环境下,仅老化20 天后,对照组器件的PCE就迅速衰减到初始PCE 的19%(图4(j)).REC 和DHA 器件的衰减速率有所减缓,在老化40 天后,其PCE 分别衰减至初始PCE 的31%和82%.而DHR 器件表现出极佳的储存稳定性,在老化40 天后,其PCE 仅衰减至初始PCE 的96%.表2 所列为采用DHR 策略的CsPbI2Br 太阳能电池与已报道的CsPbI2Br 太阳能电池的性能比较[17-19,35-41],该数据说明了所制备的DHR 器件在CsPbI2Br 太阳能电池中综合性能优异,具有巨大的应用潜力.

表2 采用动态热风辅助再结晶策略的CsPbI2Br 太阳能电池与其他CsPbI2Br 太阳能电池的性能比较Table 2. Performance comparison of CsPbI2Br solar cells via dynamic hot-air assisted recrystallization strategy with other reports.

4 结论

在＞60% RH 的大气环境下,通过动态热风辅助再结晶策略制备出高覆盖率、(100)择优取向、大尺寸晶粒、表面粗糙度小、低缺陷密度、结构稳定的CsPbI2Br 薄膜.动态热风过程能够有效减少薄膜周围的水分并且加快溶剂的蒸发速率,使得前驱体溶液中的形核位点增加,提高了薄膜的覆盖率;可实现(100)择优取向(I(110)/I(200)=0.010),但不可避免地造成了晶粒尺寸的减小(Rave=0.32 μm)并伴随着大量的晶界形成,从而加剧载流子在晶界处的非辐射复合.由于薄膜的高覆盖率增加了晶粒间的接触面积,促使再结晶过程进一步提高(100)择优取向(I(110)/I(200)=0.006)并显著增大薄膜的晶粒尺寸(Rave=2.63 μm),从而明显增大薄膜的光致发光强度和荧光寿命(τave=118 ns).利用该策略制备出的未封装CsPbI2Br 太阳能电池(ITO/SnO2/CsPbI2Br/Spiro-OMeTAD/Au)展示出高的PCE(17.55%)、低的迟滞因子(2.34%)、高的可重复性以及长期的储存稳定性(air,＞60% RH,40 天,初始PCE 的96%)等特性.这为在高湿度大气环境下获得高性能、长期稳定的CsPbI2Br 薄膜提供了简单而有效的方法,有望推动钙钛矿/硅串联电池和半透明器件的商业化进程.