钙钛矿光伏技术走向产业化，需要兼顾高效率、高产能和低成本的材料与工艺。全真空工艺因无溶剂、易于大面积均匀镀膜并能保形覆盖绒面硅底电池而备受关注。然而，传统真空蒸镀速率低，尤其是有机组分的沉积，成为制约产能的主要瓶颈。近空间升华（CSS）技术通过缩小源与基片间距，在较高气压下实现有机前驱体的快速升华，兼具高材料利用率和高速沉积优势。

本研究系统探索了CSS在宽带隙钙钛矿制备中的应用，并成功将其用于高效单结和叠层电池。美能QE量子效率测试仪可用于精确测量太阳电池的EQE与光谱响应，帮助优化界面工程和背接触设计，从而提升电池的量子效率和整体性能。

溴的调控策略：无机源无效，有机源主导

(a)两步法工艺制备钙钛矿吸收层示意图。(b)不同无机骨架经纯MAI有机源、35分钟工艺转化后所得钙钛矿薄膜的光致发光（PL）光谱分析。相应钙钛矿薄膜的(c)XRD图谱(d)EDX测得的碘溴比。(e)PL光谱。相应钙钛矿薄膜的（f）XRD图谱（g）EDX测得的碘溴比

制备宽带隙钙钛矿通常需要引入溴元素。研究发现，采用两步法CSS工艺时，若使用纯MAI有机源对含溴无机骨架（如PbI₂:PbBr₂混合物）进行转化，无论无机源中溴比例多高，最终薄膜都会转变为几乎纯的MAPbI₃。XRD和EDX分析表明，CSS过程中发生了剧烈的卤素交换反应：有机源中的碘进入固相，而无机骨架中的溴则被置换出来，以MABr形式挥发。钙钛矿的最终组分并非由无机骨架决定，而是由气相中的卤素通量主导。

研究团队由此调整策略，将溴完全通过有机源引入。采用纯PbI₂作为无机层，并使用不同质量比的MAI:MABr混合粉体作为有机源。结果显示，随着有机源中MABr比例升高，钙钛矿薄膜的带隙可从1.55 eV连续调节至1.88 eV，溴含量线性增加。EDX和XRD证实了这一趋势。混合卤素有机源在长时间使用后成分稳定，没有发生选择性消耗，证明其可重复使用且组分控制可靠。这表明，通过调控有机源MAI:MABr比例，即可精确、稳定地控制CSS钙钛矿的带隙。

高效单结电池：18.5%的宽带隙器件

(a)全真空工艺制备的p-i-n结构钙钛矿太阳能电池层叠示意图。(b)电池截面的SEM图像及对应钙钛矿吸收层表面形貌。（c）冠军电池的电流密度-电压（J-V）特性曲线，最大功率点跟踪（MPPT）稳定输出效率。（d）冠军电池的外量子效率（EQE）谱及对应积分电流密度。（e）经钝化处理的器件在1个太阳光照强度下的VOC与光强依赖关系

基于上述发现，研究者选用MAI:MABr质量比3:1的有机源，将PbI₂层转化为带隙1.64 eV的MAPb(I₀.₈Br₀.₂)₃吸收层，整个过程仅需10分钟。采用p-i-n器件结构，通过引入EDAI₂表面钝化层和LiF减反射层，冠军电池实现了18.5%的光电转换效率（稳定输出18.2%），开路电压1.15 V，填充因子79.2%，几乎无迟滞。这是目前全真空工艺制备的、纯MA基宽带隙（>1.6 eV）钙钛矿电池的最高效率。器件在65°C和85°C、1个太阳光照下老化400小时后，仍保持95%以上初始效率，展现出良好的稳定性。为验证其叠层应用潜力，半透明器件也实现了16.2%的效率。

叠层电池：24.3%效率，工艺适应性强

(a)分别采用平面、纳米绒面和微米绒面硅底电池的2T叠层电池层叠结构示意图。(b)冠军叠层电池的J-V特性曲线。(c)各构型叠层电池中顶电池（钙钛矿）和底电池（硅）的EQE谱及对应积分电流密度。(d)通过选择性照明Suns-VOC测试得到的各构型叠层电池中钙钛矿顶电池的电压-光强依赖关系

研究进一步将CSS钙钛矿层集成到单块2T钙钛矿/硅叠层电池中，并特意选用了三种不同形貌的硅异质结底电池：平面、纳米绒面（亚微米金字塔）和微米绒面。在三种构型中，钙钛矿的沉积参数完全相同，仅调整电荷传输层厚度以补偿表面积差异。结果表明，三种构型的器件性能高度一致：开路电压1.77-1.81 V，填充因子约75%。绒面器件因光捕获效应增强，短路电流提升至18.1-18.3 mA/cm²。微米绒面构型实现冠军效率24.3%，平面和纳米绒面分别为23.5%和23.7%。这是全真空工艺制备的完全绒面2T叠层电池的最高效率之一。

(a)分别以平面、纳米绒面和微米绒面硅为底电池的完整叠层电池截面SEM图像。(b)对应钙钛矿薄膜的GIWAXS图谱。(c)基于PL强度依赖成像（k-imaging）得到的钙钛矿薄膜均匀性分布热图，k因子反映薄膜质量

EQE和选择性照明Suns-VOC测试表明，三种构型中钙钛矿顶电池的带隙一致（~1.66 eV），积分电流密度（18.0-18.7 mA/cm²）和电压输出（~1.09 V）几乎相同。硅底电池的响应则随绒面增强而提升。SEM截面图显示，CSS在三种绒面上均实现了完美的保形覆盖，钙钛矿晶粒尺寸和柱状生长模式相似。GIWAXS和PL成像分析证实，钙钛矿薄膜的晶体取向、结晶度和均匀性在所有构型中几乎一致。

本研究表明，CSS是一种兼具高产能、高材料利用率和优异工艺兼容性的全真空沉积技术。不仅解决了传统真空蒸镀速率低的痛点，更展现了对不同衬底形貌和表面化学特性的极强适应性，在平面、纳米绒面和微米绒面硅底电池上均能沉积出光电性能高度一致的宽带隙钙钛矿薄膜。基于此，研究实现了18.5%的单结和24.3%的叠层电池效率。CSS为钙钛矿光伏的产业化提供了一条切实可行的全真空工艺路径。

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原文参考：Close-space sublimation as a versatile deposition process for efficient perovskite silicon tandem solar cells