实验室李宁教授团队：高效钙钛矿太阳电池的环境友好型反溶剂的高通量识别方法

高通量实验方法能够进行海量实验样品的快速表征和筛选，提高实验数据的维度和准确性，并大幅降低实验的人工和时间成本。反溶剂结晶已被广泛用于制备高质量的钙钛矿薄膜，常用反溶剂的种类有限且毒性较高，因此开发环境友好型反溶剂组合是非常重要的。基于高通量实验和表征，深入探究钙钛矿溶剂化学和配位相互作用，为探究反溶剂使用的一般方法提供了高效可靠的研究策略。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的李宁教授课题组利用高通量实验方法筛选了40种钙钛矿反溶剂及其相关组合，根据汉森溶解度参数（HSPs）确定有利于形成高质量钙钛矿薄膜的特定范围。通过混合反溶剂方法调整HSPs获得低毒性反溶剂组合，并针对不同的钙钛矿组分进行验证。为基于钙钛矿的光电技术的可持续开发和生产铺平了道路。

在本研究中，利用高通量实验方法对40种反溶剂及其相关组合进行了系统筛选。采用一步旋涂法制备了钙钛矿薄膜，并通过X射线衍射（XRD）、吸收光谱和稳态光致发光（PL）光谱等一系列表征手段筛选出潜在的反溶剂。引入HSPs来分析反溶剂的作用机制。在HSPs理论中，色散参数（δD）、极性参数（δP）和氢键参数（δH）共同描述内聚能和溶解度。随后筛选出有助于形成高质量钙钛矿薄膜的反溶剂。基于适用的反溶剂在HSPs空间的位置拟合构建了汉森球，球内为反溶剂分布的最佳区域。其基本机制得到了进一步阐明：位于该最佳区域之外的反溶剂要么会导致N,N-二甲基甲酰胺（DMF）的快速萃取，因结晶时间不足而限制晶粒的生长，要么无法充分萃取DMF。进一步探讨了低毒性混合型反溶剂系统的一般设计规则。通过组合汉森球外的反溶剂而设计的混合反溶剂成功地微调了溶解度特性，改善了钙钛矿的结晶过程，显著提高了钙钛矿薄膜的结晶和质量。环境友好型溶剂的设计规则针对不同的钙钛矿组分进行了验证，这项研究工作不仅加深了我们对钙钛矿体系中溶解化学和配位相互作用的理解，还建立了一种利用HSPs、高通量表征和设计绿色反溶剂的可靠方法，证明了高通量实验在钙钛矿溶剂筛选与优化的先进性。

相关研究成果以“A High-Throughput Approach to Identifying Environment-Friendly ArtificialAntisolvents for Efficient Perovskite Solar Cells”为题发表在ADVANCED MATERIALS上，其中通讯作者为李宁教授，第一作者为尚影博士生。该研究工作得到了国家自然科学基金（52394273和52373179）和TCL科技创新基（20242065）的资助。

原文链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202504602