北京
印刷型金属卤化物钙钛矿光伏器件兼具优异光电性能与低成本制备优势，是下一代光伏技术最具产业化潜力的核心候选体系。随着大面积薄膜印刷沉积工艺快速发展，印刷钙钛矿单电池光电转换效率（PCE）已突破 26%，但商用规模化组件效率仅稳定在 21% 上下。这一效率鸿沟说明，器件性能上限不再受限于钙钛矿吸收层本征光电特性，核心卡点在于如何将前驱体墨水转化为均匀性优异、适配量产、长效稳定的功能性钙钛矿薄膜。中国科学院化学研究所宋延林、乔雅丽团队针对该产业痛点展开系统性研究，从前驱体墨水工程角度破解印刷量产瓶颈。
印刷制备全流程中，前驱体墨水直接调控溶剂配位作用、中间相演化、胶体稳定性、流变特性、结晶动力学与湿膜稳定性，最终决定大面积薄膜的成膜质量。该团队结合溶液基础化学与工业化量产双重视角，系统梳理钙钛矿前驱体墨水研究进展，剖析组分配比、溶剂筛选、混合溶剂相互作用、溶剂 - 钙钛矿中间相、结晶调控、溶剂萃取、流变调控等要素，在规模化印刷中对薄膜微观形貌的调控机理；同时明确产业化落地硬性考核指标，包括墨水保质期、空气耐受性、涂布速率窗口、缺陷抑制效果、工艺重复性、溶剂生物安全性，以及与组件封装、模组集成的兼容性，上述指标直接决定墨水体系能否实现工业化落地。
该研究串联墨水配方设计、薄膜生长机理、大面积沉积工艺与组件输出性能，为印刷型前驱体墨水的定向优化提供清晰思路，同时划定产业化亟需攻克的关键技术难点，支撑高重复性、低损耗、高通量、长寿命印刷钙钛矿光伏组件的研发落地。该综述着重提出核心论断：钙钛矿墨水设计是衔接实验室高效电池与量产组件的关键核心，前驱体墨水绝非简单的溶质溶解溶液；墨水化学组成、溶剂配位能力、胶体平衡、中间相寿命、溶剂析出行为与流变性能，共同决定印刷薄膜的形核生长、膜层均一性、界面接触质量与器件长期工作稳定性。
以此理论视角可厘清行业共性难题：电池 - 组件效率衰减、工艺窗口狭窄、湿膜易失稳、空气敏感性强、残余溶剂引发器件衰减、工艺复现性差等产业化桎梏，本质根源均来自墨水配方体系设计缺陷。结合示意图 3，现阶段四项攻关方向具备最高优先级：
第一，高速印刷下墨水动态演化机制解析不足。高速剪切与溶剂快速挥发耦合作用下，前驱体物相转变、胶体粒径演变、连续结晶动力学模型尚不清晰，后续需结合印刷工况适配的原位、工况表征技术，全程追踪湿膜从涂布到固化的动态变化。
第二，绿色溶剂体系存在效率妥协问题。替换高危有毒溶剂会改变前驱体溶解度、配位强度、中间相稳定性与干燥结晶动力学，因此绿色溶剂开发不可局限于单一溶剂替换，必须对前驱体 - 溶剂 - 添加剂三元体系开展全局协同优化。
第三，墨水配方与工艺参数筛选过度依赖人工经验。融合主动学习 AI 模型、自动化机器人制备平台与在线实时表征，搭建钙钛矿组件 “配方 - 制备” 闭环研发体系，可将数月的优化周期压缩至数日，实现智能高通量筛选。
第四，商业化落地需进一步压缩制造成本。开发全溶液法组件叠层结构，摒弃高成本真空沉积、激光刻蚀工序，是持续降低钙钛矿光伏度电成本、推进市场化应用的关键路径。
文献信息
InkDesignforPrintingPerovskiteSolarCellsandModules
YongruiYang、ZhaokaiLiu、WeifuZhang、JingjingWu、KunZhang、YangWang、LeiMeng、MingjianYuan、YaliQiao、YanlinSong
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.5c00980#
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