论文概览
针对钙钛矿太阳能模组在大面积制备中面临的成膜均匀性差、效率损失严重及工艺窗口窄等关键挑战，香港城市大学联合多家科研机构创新性地提出温度调控真空淬火技术与原位光致发光监测相结合的策略。该研究系统解析了三种主流淬火成核过程的动力学机制，首次将真空淬火过程划分为三个阶段并阐明其关键影响因素。通过将真空淬火温度降低至10 ℃，成功延长了中间相存在时间，拓宽了后处理工艺窗口，实现了高质量、均匀的大面积钙钛矿薄膜制备。最终，基于该策略的1.55 eV钙钛矿微型模组实现了22.69%的孔径面积效率（认证效率21.60%），并在45 ℃持续运行3500小时后仍保持93%以上的初始效率。该研究以"Temperature-controlled vacuum quenching for perovskite solar modules towards scalable production"为题发表于顶级期刊 Nature Photonics。
技术亮点
三阶段真空淬火机制解析：首次将真空淬火过程划分为腔体排气、溶剂挥发与成核生长三阶段，系统揭示抽速、溶剂体系与添加剂对成核过程的影响规律。
低温延长中间相窗口：通过10 ℃低温淬火将成核时间从4 s延长至38 s，显著拓宽工艺窗口，提升薄膜均匀性与结晶质量。
原位光致发光实时监控：自主研发原位PL监测平台，实现对淬火成核过程的动态追踪与精准控制。
多功能基底兼容性：在刚性、柔性及曲面基底上均成功制备高质量钙钛矿薄膜，展示技术的广泛适用性。
研究意义
✅ 解决大面积成膜难题：低温真空淬火实现高质量、均匀大面积钙钛矿薄膜制备。
✅ 建立工艺调控新范式：三阶段机制解析为真空淬火工艺优化提供理论指导。
✅ 提升器件效率与稳定性：微型模组效率突破22%，运行稳定性显著优于传统方法。
✅ 推动产业化进程：展示技术在多种基底上的适用性，为商业化量产奠定基础。
深度精度
图1通过示意图系统展示了钙钛矿太阳能组件的完整生产工艺流程，特别突出钙钛矿薄膜沉积这一关键环节，并对比了反溶剂、真空和气体淬火三种主流淬火成核方法的原位光致发光监测原理，揭示了溶液法沉积中涂层制备、快速淬火成核及退火晶体生长三个核心阶段的动态关联性。
图2通过旋涂和刮涂两种工艺下的原位光致发光热图对比，清晰呈现了反溶剂、真空和气体淬火三种成核方法的动力学差异，其中真空淬火在成核速率可控性与环境友好性方面展现显著优势，而雷达图则从淬火能力、重复性等五个维度综合量化了不同方法的适用性特征。
图3深入解析了真空淬火成核的三阶段机制：第一阶段聚焦腔体抽气动力学，通过压力-时间曲线揭示抽速对成核的加速作用；第二阶段展示溶剂挥发过程中不同沸点溶剂的蒸发特性差异；第三阶段强调溶质饱和成核时溶剂-溶质相互作用对成核延迟的影响，并结合添加剂实验验证了甲基氯化铵与4-氟苯乙基碘化铵对成核过程的调控效应。
图4创新性地展示了温控真空淬火技术（T-VAQ）的核心发现，通过不同温度下的原位光致发光热图与波长变化曲线，证实低温（10°C）能显著延长中间相存在时间从而拓宽工艺窗口，XRD与SEM结果进一步表明低温成核可获得更大晶粒尺寸与增强结晶度，最终使器件效率在10°C时达到峰值。
图5从器件性能角度全面评估了T-VAQ技术的优势，小型组件统计数据显示其平均效率（23.72%）显著高于反溶剂淬火（22.81%），电致发光成像证明大面积薄膜均匀性提升，最大功率点跟踪测试表明T-VAQ器件在45°C持续运行3500小时后仍保持93%初始效率，同时展示了该方法在柔性/弯曲基底上的普适性应用潜力
结论展望
本研究通过温控真空淬火技术与原位监测相结合，系统解析了钙钛矿成核过程的关键机制，成功将微型模组效率提升至22.69%，并实现超过3500小时的稳定运行。该策略不仅为解决钙钛矿大面积制备的均匀性与稳定性难题提供了创新方案，也为其产业化推广奠定了工艺基础。展望未来，随着工艺参数的进一步优化与装备的持续升级，温控真空淬火技术有望在高效率、高稳定性钙钛矿模组的规模化制备中发挥关键作用，推动光伏技术的迭代升级。
文献来源
Bi, L., Wang, J., Zeng, Z. et al. Temperature-controlled vacuum quenching for perovskite solar modules towards scalable production. Nat. Photon. (2025). https://doi.org/10.1038/s41566-025-01703-3
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索比光伏网 https://news.solarbe.com/202511/04/50011780.html
