Nature Photonics|南京工业大学郭庆勋&黄维院士等:全热蒸发钙钛矿太阳能电池新突破

全热蒸发钙钛矿太阳能电池新突破：反向逐层沉积策略实现效率与稳定性双提升

2025年10月21日，南京工业大学先进材料研究院陈永华、黄维、夏英东、郭庆勋研究团队在钙钛矿光伏领域取得重要进展，成功开发出一种基于反向逐层沉积的全热蒸发钙钛矿太阳能电池制备新方法，为高性能、可产业化钙钛矿光电器件的开发提供了全新技术路线。

热蒸发技术凭借工艺精准可控、薄膜均匀性优异、无溶剂残留以及可大规模放大等突出优势，已成为推动钙钛矿太阳能电池从实验室走向工业化生产的核心技术之一。然而，自2013年首个热蒸发钙钛矿器件问世以来，尽管共蒸发、顺序蒸镀等多种真空沉积方案被相继提出，全热蒸发器件的光电转换效率始终徘徊在20%左右，与溶液法接近26%的顶尖水平存在明显差距，严重制约了其产业化进程。

造成这一差距的关键瓶颈主要体现在两个方面：在器件结构上，传统全热蒸发体系多采用ITO/C60或ITO/有机半导体构型，界面能级匹配度差、载流子抽取效率低，造成显著的开路电压损耗；在材料体系上，现有器件大多依赖本征稳定性差、禁带宽度较宽的MAPbI3材料，难以实现效率突破。与此同时，热蒸发过程中固相前驱体的扩散、反应、相变及结晶动力学与溶液法存在本质区别，其内在机制至今尚未被清晰揭示与精准调控，成为限制器件性能提升的重要科学问题。

针对上述行业共性难题，该团队提出了全新的反向逐层沉积策略，率先将有机碘化甲脒沉积于无机前驱体之前，借助甲脒与空穴传输层2PACz之间的强静电相互作用，构建出具有适宜粗糙度的界面结构，为后续退火过程中固相前驱体的充分扩散与界面反应提供了有利条件。

借助原位表征技术与分子动力学模拟，研究团队首次系统阐明了热蒸发钙钛矿薄膜**“自上而下”**的独特结晶机制：固相前驱体先生成低能量的δ相，随后迅速转变为高稳定性的α相并完成完整晶体生长。这一机制的揭示，为精准调控钙钛矿结晶过程奠定了重要理论基础。

得益于反向沉积策略带来的界面优化与结晶调控，研究团队成功消除了器件埋底界面处的空洞缺陷，实现了钙钛矿薄膜在垂直方向上的组分均匀分布与高质量晶体生长。基于该方法制备的全热蒸发倒置型钙钛矿太阳能电池，小面积器件光电转换效率高达25.19%，1平方厘米大面积器件效率达到23.38%；在未封装条件下，器件于最大功率点持续工作1000小时后，仍可保持**95.2%**的初始效率，实现了效率与稳定性的同步突破。

此项研究不仅从材料沉积方式、界面工程与结晶动力学等层面破解了全热蒸发钙钛矿电池的性能限制，更为热蒸发技术在高效、稳定、可规模化钙钛矿光电器件中的应用提供了关键理论支撑与可行技术方案。

原文：https://www.nature.com/articles/s41566-025-01768-0