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热蒸发作为一种成熟的薄膜制造技术，在PSCs的可扩展制造方面展现出巨大潜力，但目前全热蒸发PSCs的性能仍落后于溶液法制备的电池。针对上述问题，南工大黄维院士、陈永华、夏英东、郭庆勋团队提出了一种创新的反向层序蒸发（RLE）策略。该方法颠覆传统顺序，先蒸发有机组分FAI，再蒸发无机前驱体(CsI/PbCl2/PbI2)，通过退火诱导固相扩散与自上而下结晶，成功制备了p-i-n结构电池。该电池实现了25.19%（0.066 cm²）和23.38%（1 cm²）的高效率，并在未封装条件下运行1000小时后仍保持95.2%的初始效率，展现出卓越的稳定性与规模化前景。相关成果以"Fully thermally evaporated perovskite solar cells based on reverse layer-by-layer deposition"为题发表在Nature Photonics期刊上。
核心技术亮点
➤ 创新的蒸发策略设计：研究团队突破传统思维，采用反向层序蒸发（RLE）策略将FAI蒸发置于无机前驱体（CsI/PbCl₂/PbI₂）之前，利用2PACz与FAI之间的强相互作用，形成具有波动形貌的均匀FAI层，为后续固相前体的扩散和反应创造了有利条件。
➤ 深入的结晶动力学机制解析：通过原位表征技术首次揭示了热蒸发钙钛矿的结晶过程：固相前体首先形成低能量的δ相，随后发生相变转化为α相，最终实现自上而下的结晶生长。
➤ 实现高效率与高稳定性兼备：小面积器件效率突破25%，大面积器件超过23%，未封装器件在MPP追踪下1000小时效率保持率超过95%，展示了全热蒸发路径的实用化前景。
➤ 优异的大面积均匀性与可扩展性：成功制备出图案化及100 mm × 100 mm大面积钙钛矿薄膜具备工业化生产潜力。
图文分析
热蒸发钙钛矿薄膜的原位结晶过程：
图a揭示了反向层序蒸发（RLE）策略的全流程，创新性地将FAI置于无机前驱体之前沉积。图b通过静电势图谱显示2PACz与FAI之间存在强烈的静电相互作用，吸附能高达2.3 eV，这为后续形成均匀FAI层奠定了基础。图c的核磁共振谱进一步证实了这种相互作用，FAI与2PACz混合后出现了胺基质子的分裂现象。图d和e的原位PL和GIWAXS测试表明，RLE薄膜的结晶过程更为缓慢（21.41秒），有利于形成更高质量的钙钛矿晶体。图f的SEM显示，RLE方法制备的薄膜在埋入界面处无空隙，与基底接触紧密。图g的不同深度GIWAXS测量证实了钙钛矿结晶的自上而下特性。图h的DFT计算表明δ相到α相的相变能垒为0.11 eV，这一数据为理解结晶动力学提供了关键参数。
分子动力学模拟与组分均匀性分析：
图a的MD模拟显示，温度对FAI与PbI2之间的相互扩散具有显著影响，随着温度升高，密度分布曲线变得更加弥散，表明热能为离子扩散提供了动力。图b和c的稳态PL和TRPL数据表明，RLE薄膜在从钙钛矿侧和玻璃侧激发时表现出相似的PL强度和激子寿命，证明了其优异的垂直均匀性。图d的GIXRD进一步证实了FLE薄膜存在成分梯度现象。图e的ToF-SIMS深度剖析显示，RLE薄膜的FA和Pb信号在钙钛矿区域内变化极小，纵向均匀性显著优于FLE薄膜，这归因于RLE方法促进了前驱体的充分扩散和反应。
热蒸发薄膜的光电性能表征：
图a的二维GIWAXS图谱显示RLE钙钛矿薄膜呈现出清晰的德拜-谢勒环，对应α-FAPbI3的（100）晶面，表明其具有高结晶度。而FLE薄膜则显示出明显的PbI2（001）晶面信号，反映了扩散反应不充分的问题。从图b和c的PL和TRPL mapping测试得知，RLE钙钛矿薄膜的PL强度较低且激子寿命较短，表明其具有改善的电荷提取和减少的非辐射复合，这源于结晶度提高和缺陷密度降低。图d的KPFM显示RLE钙钛矿表面具有更低的电势，有利于局域电荷积累和后续提取。图e的PLQY和QFLS统计表明，RLE器件与2PACz接触时的Voc损失更小，且计算的全堆栈QFLS与可实现qVoc之间的差异从FLE器件的60 meV降至18 meV，表明能带偏移减小，界面接触得到优化。
器件性能与稳定性：
图a的截面SEM图像为完整器件结构，各层界面清晰、厚度均匀。图b的J-V曲线表明，最优RLE器件实现了Voc从1.09V到1.18V的显著提升，FF从80.61%改善至81.99%，最终PCE达到25.19%，创造了全热蒸发PSCs的效率新纪录。图c的EQE谱显示积分电流密度与J-V测量结果高度吻合。图d的效率演进图清晰展示了该工作在全热蒸发PSCs发展中的重要突破。图e的EQEEL显示，RLE器件作为LED工作时表现出更高的最大EQE（9.39%）和辐射度（307.9 W sr⁻¹ m⁻²），表明缺陷相关的非辐射复合得到有效抑制。图f的1cm²大面积器件实现了23.38%的效率，与小面积器件相比效率损失极小。图g的图案化和大面积钙钛矿薄膜展示了该技术优异的可扩展性。图h的稳定性测试表明，未封装RLE器件在MPP跟踪条件下连续运行1000小时后仍保持95.2%的初始效率，远优于FLE器件的80%，证明了全干法真空制备工艺在稳定性方面的显著优势。
文献来源
Xu, Y., Xu, K., Pan, T.et al. Fully thermally evaporated perovskite solar cells based on reverse layer-by-layer deposition. Nat. Photon. (2025).
https://doi.org/10.1038/s41566-025-01768-0
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