研究人员找到了一种在不使用任何液体化学品的情况下制造高性能钙钛矿太阳能电池的方法，关键在于对制造过程进行了一项出人意料的微小调整。这项晶体工程工艺实现了经过认证的18.35%的效率以及可与最佳溶液处理电池相媲美的稳定性，同时使整个制造过程与工业真空沉积设备兼容。

晶面工程

真空沉积钙钛矿电池的问题一直在于晶体质量。当钙钛矿前驱体蒸发到基板上时，形成的薄膜倾向于产生微小、随机取向的晶粒，且相纯度较差。不幸的是，这直接转化为更低的效率和更快的退化。

来自牛津大学和香港科技大学的研究人员发现，用氯化铅(PbCl2)替换5%的碘化铅源可以完全改变这种情况。

加入氯化铅后，钙钛矿晶体以强烈优先的"面向上"(100)取向生长，其晶面平行于基板排列。X射线衍射测量证实了这种转变，与测试的所有其他工艺变体相比，(100)衍射峰的半高宽变窄了大约两倍，并且所有参考薄膜中出现的、光不稳定的碘化铅相完全消失。

图1

扫描电子显微镜显示，更大、更平坦的晶粒贯穿整个薄膜厚度，这与共蒸发钙钛矿通常呈现的取向混乱的多晶形态形成鲜明对比。

在环境空气中于135°C下退火30分钟对于锁定结构也至关重要。原位X射线散射实时跟踪了该过程，显示当薄膜达到温度时，(100)衍射峰强度增加了四倍。退火时间少于十分钟的薄膜在暴露于空气几小时内就会出现针孔和变色。该组合物也是可调的，研究人员指出，改变氯化铅的比例可使带隙在1.65至1.72 eV之间连续变化。

惊人的稳定性数据

根据ISOS-L-2协议——在75°C下、开路条件下进行全光谱模拟太阳光照射——性能最佳的0.25 cm²蒸发电池在1080小时内保持了80%的峰值效率。1 cm²的电池则为900小时。使用相同成分但不含稳定添加剂的溶液处理电池在不到80小时内就达到了同样的退化阈值。在光学显微镜下，蒸发薄膜直到196小时才显示出可见的退化，而溶液处理的薄膜在48小时内就出现了针孔，到96小时时已完全变色。

图2

为了解原因，该团队使用操作高光谱成像实时观察电池的老化过程。溶液处理的薄膜由于局部卤化物不均匀性而形成了微米级表面皱纹网络，在光和热共同应力下，这些皱纹区域会成为退化的起点，并蔓延至整个薄膜。

共蒸发薄膜完全没有皱纹形貌，并且其光致发光在整个老化过程中保持空间均匀。该团队的电荷提取分析指出一个根本原因：蒸发电池随时间推移能维持高载流子提取效率，而溶液处理电池则不能。

叠层性能

该团队还使用蒸发的宽带隙层构建了钙钛矿/硅叠层电池，在1 cm²器件上，使用溶液处理的空穴传输层实现了27.2%的效率，使用全真空叠层实现了24.3%的效率。

为了测试实际耐久性，他们将封装好的全真空叠层电池运往意大利博尔扎诺的Eurac Research机构，从2024年8月到2025年3月，在最大功率点下进行户外测试。八个月后，它们保持了约80%的初始性能，在夏季高峰期与参考的商业硅异质结电池的性能曲线非常接近。

户外测试数据中发现的一个有趣现象是，叠层电池对辐照度的敏感性随时间增加，需要每天更长的光照时间来达到满功率输出。研究团队将其归因于工作行为的逐渐变化，并将其标记为后续研究课题。在储存寿命方面，未封装的蒸发电池在氮气中暗态储存，其约18%的峰值效率保持超过20,000小时(超过两年)，表明该材料在无应力状态下本质上是稳定的。