来自洛莫诺索夫莫斯科国立大学的材料科学家解释了杂化钙钛矿的溶解和结晶定律，并提出了一种获得太阳能电池薄膜的新方法。他们解释了杂化钙钛矿与溶剂相互作用的关键机制，并提出了从弱配位非质子溶剂中获得薄膜太阳能电池钙钛矿光吸收层的新途径。

这项研究结果最近发表在《Chemistry of Materials》杂志上。

基于混合钙钛矿结构的薄膜太阳能电池光电转化效率已经达到了23.2%，远高于传统的硅太阳能电池的光电转化效率。在这种设备中，钙钛矿的吸光层可以通过更简单和更廉价的溶液方法获得。科学家们从具有特殊性能的溶剂——γ-丁内酯(GBL)对钙钛矿结晶过程进行了研究。

参与实验的研究员Alexey Tarasov 说：“我们的实验室不仅开发了创新性的非溶剂方法获得太阳能电池，也非常重视钙钛矿物质方面的化学性质。这是莫斯科大学洛蒙诺索夫材料科学学院历来都在研究的，它将我们与世界上大多数对太阳能电池的研究区别开来。”

通常从二甲基亚砜和二甲基甲酰胺这两种溶剂中制备钙钛矿薄膜。 然而，早期的研究表明，从这些溶剂中通过结晶过程形成的中间化合物，会损害钙钛矿层的形态和功能特性。

GBL作为钙钛矿的溶剂表现出所谓的可逆表面溶解，钙钛矿在GBL中的溶解度随着温度的升高而降低。这一特征被研究者广泛用于生产单晶，而为了获得薄膜的尝试导致在基底上形成分离的单个微晶。经过很长一段时间的研究，GBL中钙钛矿溶液的这种不寻常的行为仍然知之甚少。一般认为，钙钛矿-GBL体系相互作用足够弱，这种弱相互作用甚至不能形成溶剂化物。然而，科学家发现，至少有三种类型的钙钛矿晶体溶解在GBL，其中一些具有独特的簇结构。显然，GBL溶液中钙钛矿的平衡系统比以前预期的要复杂得多。

“我们已经确定，钙钛矿在室温下溶解形成这样的团簇，并且在加热时，它们分解成小的络合物。这导致钙钛矿以单晶的形式从过饱和溶液中沉淀出来。研究表明沉淀是聚合物加合物，而不是钙钛矿，阻止从这种溶剂中形成薄膜。基于对钙钛矿在GBL中溶解过程的理解，我们提出了绕过团簇形成并导致钙钛矿结晶的方法。 因此，我们首次从GBL获得了高质量的薄膜。这是基础化学知识在解决材料科学问题中的实际应用的一个很好的例子 - 正是全世界通常所说的基础材料科学。”Alexey Tarasov总结道。