中国粉体网讯 钙钛矿（perovskite）最先是由德国科学家Gustav Rose于1839年在俄国考察研究中发现，它是一种元素组成为CaTiO3的矿物，随后为纪念俄国矿物学家Lev Alekseyevich von Perovski对俄国地理学所作出的贡献，便以其名字Perovski命名这种物质。
现在通常用ABX3来表示各类钙钛矿材料，A代表有机铵离子（CH3NH3+、CH3CH2NH3+）等芳香或脂肪铵离子，B代表金属阳离子（Pb2+、Sn2+等），X代表卤素离子（Cl-、Br-、I-等）。
ABX3晶体结构图
钙钛矿结构为八面体晶体结构，B位金属阳离子为八面体结构的核心，X位卤素离子为八面体顶角，每个八面体通过共顶点连接为三维网格结构，A位有机铵离子填充在八面体的空隙中，形成稳定、长程有序的有机-无机杂化结构。
钙钛矿太阳电池通常包括5部分，分别为透明导电层、电子传输层、钙钛矿层、p型导电层和金属背电极。钙钛矿层（即钙钛矿薄膜）的高质量制备，是提高钙钛矿太阳电池光电转换效率的关键。
钙钛矿薄膜主流制备技术
目前成熟制备工艺分为溶液法、气相法、真空蒸镀法、喷墨打印法四大类，各工艺优缺点、适用场景差异明显。
1.溶液法
行业工业化大面积生产主流工艺，分为刮涂法、旋涂法两类，核心原理是利用钙钛矿前驱体溶液成膜、溶剂挥发后结晶。
刮涂法：硅刀片匀速涂布钙钛矿溶液，涂布过程溶剂挥发，后续热处理完成结晶；优势适配太阳能电池工业化量产；缺陷是钙钛矿对水、氧气敏感，环境控制要求严苛，高湿环境易分解破坏薄膜质量，实验室科研使用较少。
刮涂法的示意图
旋涂法：科研最常用方案，依靠高速离心加速溶剂挥发实现结晶，细分一步旋涂、两步旋涂：
一步旋涂：将CH3NH3I、PbI2按比例溶于DMF、DMSO、GBL溶剂，搅拌配成前驱液，旋涂沉积基底后退火结晶；操作简单、成本低，但薄膜形貌不均、缺陷多，器件性能受限；薄膜质量受溶剂、溶液浓度、转速、退火温度、环境湿度多重因素影响。
两步旋涂：分步旋涂两种组分，再通过浸泡/二次旋涂发生反应成膜，薄膜形貌与一步法存在明显区别。
2.气相法
低温沉积工艺，制备流程：先在导电玻璃沉积PbI2薄膜并热处理，再在氮气保护、150℃环境下与CH3NH3I蒸汽反应2小时得到钙钛矿膜。无空气干扰、结晶完整、晶粒均匀纳米级、薄膜表面光滑覆盖率高、可大面积制备；有机蒸汽环境难以稳定维持，实验条件苛刻，量产成本高，多用于大面积科研试验。
3.真空蒸镀法
采用双蒸发源同步蒸镀有机、无机前驱体制备薄膜。具有隔绝空气，薄膜无孔洞、不易漏电，可精准调控薄膜厚度与表面形貌，薄膜均匀致密等优点；需要高真空设备，设备投入大、制备耗时、工艺难度高，仅适合实验室小面积样品制备，难以规模化推广。
4.喷墨打印法
数字化新型制备工艺，将钙钛矿溶液作为打印墨水，调节打印电压、温度、图案尺寸等参数，打印过程溶剂挥发、原位结晶形成多晶薄膜。可自定义任意打印图案，适配多种基材，墨水消耗量少、材料利用率高、环保，支持大面积制备；墨水黏度、表面张力会直接影响成膜效果，每种体系都需要单独优化打印参数，工艺调试门槛高。
钙钛矿在光电器件中的应用
钙钛矿独特的晶体结构赋予其出众的光学与电学性能，兼具光致发光、电致发光、光学非线性发光等特性，在光电器件领域拥有广阔应用前景。凭借这类优异的光电特性，钙钛矿薄膜成为第三代光电领域核心材料，其三大主流应用方向如下：
钙钛矿太阳能电池
钙钛矿太阳能电池被称为第三代光伏器件，是目前产业化研究最成熟的应用。钙钛矿材料优点众多，包括成本低、光吸收系数高、非辐射载流子的复合能力较低、载流子迁移率高、载流子扩散长度相对较长和禁带宽度可随意调节等。而且钙钛矿材料既可以做电子传输层也可以做光吸收层，这些独特的优异的性能使得钙钛矿材料在生活生产中拥有广阔的应用前景和应用空间。研发十余年间光电转换效率从3.8%提升至24%，有望逐步替代传统硅基光伏；现存瓶颈为材料水氧稳定性差，早期电池效率衰减明显，目前行业重点通过组分、封装工艺优化解决稳定性问题，推进工业化制造。
钙钛矿光电探测器
钙钛矿光电探测器可将紫外、可见光等光信号转化为电信号，应用覆盖光电通信、成像、环境监测、生物传感等领域。传统硅、三五族半导体探测器制备复杂、成本高昂；钙钛矿凭借高吸光能力、长载流子扩散长度、可调带隙、制备简单、低成本等优势，成为替代材料。现已开发出横向、垂直、低维、单晶等多种结构钙钛矿探测器。
钙钛矿光电二极管
传统GaP、有机LED存在制备繁琐、成本高、材料浪费等短板。钙钛矿基LED发光效率已接近OLED，具备发光响应速度快、能耗低、寿命长、多色发光潜力。然而，钙钛矿自身化学稳定性差，高温、特殊气氛环境下器件性能快速衰减，限制其商业化大范围落地。
参考来源：
曾鹏等.钙钛矿薄膜制备技术的研究综述
王颖.钙钛矿薄膜的制备技术及应用研究
(中国粉体网编辑整理/九思)
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