参观尚柔新能源百兆瓦柔性钙钛矿太阳能电池生产线！围绕太空光伏技术与投资专题、钙钛矿与叠层电池技术专题、柔性钙钛矿创新与应用专题等，2026年钙钛矿与叠层电池产业融合发展论坛将于3月18-19日在浙江杭州召开！

通讯作者：南京理工程远航

金属卤化物钙钛矿太阳能电池在二十年内已实现超过 27% 的认证效率，但其光伏性能与工作稳定性仍高度依赖于钙钛矿薄膜的成核与结晶过程。传统表征技术仅能捕捉静态状态，忽略了决定钙钛矿薄膜质量的瞬态结晶过程。

原位光致发光（PL）光谱已成为一种强大且非侵入式（在温和激光辐照下）的表征手段，可实时追踪金属卤化物钙钛矿的成核、晶体生长、相转变与缺陷演化。

本综述总结了原位 PL 表征装置的最新进展，涵盖从单点探测、多探头结构到多通道成像等多种技术路线，并重点阐述了原位 PL 在解析纯相、混合阳离子、混合卤化物钙钛矿结晶路径中的应用。

进一步讨论了原位 PL 如何揭示反溶剂、添加剂、界面工程及加工条件对钙钛矿成膜过程的影响，并强调将原位 PL 与其他原位 / 非原位表征手段联用，对于全面理解钙钛矿成核与结晶机制至关重要。

展望未来，原位 PL 与机器学习相结合，将为预测性工艺控制与闭环优化提供智能化路径，从而加速高质量钙钛矿薄膜的规模化制备，推动钙钛矿光伏技术从实验室走向工厂化量产与商业化应用。

图 1 原位 PL 技术工作原理

(a) 光致发光（PL）光谱原理示意图(b) 钙钛矿薄膜中的辐射过程与光致发光路径示意图(c) 利用共聚焦显微 PL 系统与积分球系统，在 80 nm 和 260 nm 厚 MAPbI₃薄膜上测得的归一化 PL 光谱(d) 160 nm 厚 MAPbI₃薄膜在不同测试系统下的 PL 光谱：共聚焦 PL 系统、标准积分球系统、改进型积分球系统(e) PL 光谱在波长与强度维度所提供的信息

图 2 原位 PL 技术的各类装置

(a) 传统 PL 装置示意图(b) 静态 Y 型原位 PL 装置示意图(c) 动态 Y 型原位 PL 装置示意图(d) 双探头原位 PL 装置示意图(e) 双探头原位 PL 信号用于表征薄膜均匀性

图 3 原位 PL 表征 MAPbI₃成核与结晶动力学

(a) MAPbI₃在四个阶段的原位 PL 光谱及基底温度变化曲线(b) MAPbI₃的 PL 强度演化曲线(c) MAPbI₃的 PL 峰位与半高宽（FWHM）演化(d) MAPbI₃在旋涂与后退火过程中的结晶机理示意图

图 4 原位 PL 表征 FAPbI₃成核与结晶动力学

(a) FAPbI₃在旋涂与退火过程中的原位 PL 光谱(b) 溶液加工过程中 α‑FAPbI₃的转变路径及堆积缺陷形成示意图(c) 旋涂过程中原位 PL 光谱及对应峰位、强度演化(d) FAPbI₃在刮涂过程中的原位 PL 光谱(e) 配位调控机理示意图

图 5 原位 PL 表征混合阳离子钙钛矿成核与结晶动力学

(a) 旋涂过程中原位 PL 光谱、峰位及强度演化(b) 热退火过程中原位 PL 光谱、峰位及强度演化(c) 基于原位 PL 结果提出的 FA₀.₂₅MA₀.₇₅PbI₃结晶路径示意图(d) BA₂MA₃Pb₄I₁₃钙钛矿薄膜正面与背面 PL 光谱(e) BA₂MA₃Pb₄I₁₃薄膜旋涂过程中原位 PL 光谱(f) BA₂MA₃Pb₄I₁₃与(g) PA₂MA₃Pb₄I₁₃薄膜正反面 PL 光谱(h) BA₂MA₃Pb₄I₁₃从前驱体到钙钛矿的结晶机理示意图

图 6 原位 PL 表征混合卤化物钙钛矿成核与结晶动力学

(a) FA₀.₈MA₀.₁Cs₀.₁PbI₃与(b) FA₀.₈MA₀.₁Cs₀.₁Pb (I₀.₈Br₀.₂)₃的原位 PL 光谱(c) 两种薄膜的 PL 峰位演化(d) 两种薄膜的 PL 强度演化(e) 混合卤化物钙钛矿成膜过程示意图(f) FAPb (I₀.₉₅Br₀.₀₅)₃与 FAPbI₃在旋涂过程中的原位 PL 光谱(g) 退火过程中的原位 PL 光谱(h) 随溴含量增加，2H 与 3C 相的形成能变化(i) 沿 2H‑4H‑6H‑8H‑3C 转变路径的形成能演化

图 7 原位 PL 揭示反溶剂的作用

(a) 滴加氯苯（CB）与(b) 滴加 DMS 的钙钛矿薄膜原位 PL 光谱(c) DMS 辅助钙钛矿结晶机理示意图(d) 使用 DE、EA、TOL、CB、ANI 不同反溶剂制备的钙钛矿薄膜原位 PL 光谱(e) 对应反溶剂下的薄膜 SEM 图像(f) 不同反溶剂滴加时间下的钙钛矿薄膜形貌(g) 反溶剂中添加与不添加 KTFB 的钙钛矿薄膜原位 PL 光谱(h) 对应薄膜 SEM 图像(i) 反溶剂中添加与不添加 PEACl 的钙钛矿薄膜原位 PL 光谱

图 8 原位 PL 揭示含氯添加剂对钙钛矿结晶动力学的作用

(a) 对照组薄膜、(b) NH₄Cl 修饰薄膜、(c) MACl 修饰薄膜的原位 PL 光谱及结晶过程示意图(d) 对照组与 MACl、PbCl₂、MACl+PbCl₂修饰薄膜在旋涂过程中的原位 PL 光谱(e) 退火过程中的原位 PL 光谱(f) 对照组与添加剂修饰薄膜的结晶机理示意图

图 9 原位 PL 揭示添加剂诱导的中间相在钙钛矿结晶中的作用

(a) 典型四阶段强度变化的原位 PL 结果及示意图(b) 出现额外阶段强度变化的原位 PL 结果及示意图(c) 中间相诱导钙钛矿结晶机理示意图(d) 不添加 AT 与(e) 添加 AT 的钙钛矿薄膜原位 PL 光谱(f) AT 与钙钛矿之间相互作用示意图

图 10 原位 PL 揭示界面工程对钙钛矿薄膜结晶的影响

(a) 500 nm 厚度与(b) 50 nm 厚度下，对照组与 SZC 修饰钙钛矿薄膜在旋涂和退火过程中的原位 PL 光谱(c) 对照组与 PAM 修饰薄膜在旋涂过程中的原位 PL 光谱(d) 退火过程中的原位 PL 光谱(e) PAM 修饰下钙钛矿结晶过程示意图

图 11 原位 PL 揭示界面修饰对钙钛矿薄膜结晶动力学的影响

(a) 对照组与 PACl 修饰薄膜的原位 PL 光谱(b) 对应 PL 峰强演化(c) PACl 修饰下钙钛矿结晶过程示意图(d) 有无 F₁₆CuPc 修饰的薄膜晶粒尺寸对比(e) 对照组与(f) F₁₆CuPc 修饰薄膜在旋涂与退火过程中的原位 PL 结果(g) 有无 F₁₆CuPc 修饰的结晶过程示意图

图 12 原位 PL 研究环境温度对钙钛矿结晶的影响

(a) 22 ℃与(b) 30 ℃下制备的薄膜原位 PL 结果(c) 有无 DMPU 添加时，钙钛矿薄膜旋涂过程中原位 PL 结果(d) 对应提取的 PL 峰位与强度演化(e) 高斯拟合后的 PL 光谱(f) 旋涂过程中晶体生长比例(g) 有无 DMPU 添加时，退火过程中原位 PL 结果(h) DMPU 调控结晶过程示意图

图 13 原位 PL 研究加工条件对钙钛矿薄膜结晶的影响

(a) 快冷（RC）、(b) 正常冷却（NC）、(c) 慢冷（SC）条件下薄膜的原位 PL 结果(d) 冷却速率影响机理示意图(e) 金属卤化物钙钛矿中卤离子偏析的原位 PL 结果

图 14 原位 PL 与机器学习联用

(a) 基于机器学习驱动、用于原位 PL 实验数据的反馈回路示意图(b) 来自四个滤光片的平均时间序列 PL 与反射强度，揭示薄膜形成的四个典型阶段(c) 原位 PL 数据处理系统示意图

图 15 面向规模化钙钛矿光伏的多通道原位 PL

(a) 面向未来刮涂规模化制备的多通道 PL 系统(b) 面向未来卷对卷规模化制备的多通道 PL 系统(c) 面向规模化制备的原位 AI 推荐系统

原文：https://doi.org/10.1002/adma.202518643

钙钛矿光伏世界记录每日更新（尽量以认证为标准）