尽管小面积（<0.1 cm²）电池效率已突破26%，但将其放大为实用化的大面积柔性组件时，效率损失、稳定性下降和制造工艺不成熟等问题便成为横亘在商业化道路上的主要障碍。

本综述将系统梳理柔性钙钛矿太阳能组件（F-PSMs）的大面积制备策略，并展望其未来发展的关键方向。

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01 柔性钙钛矿太阳能电池的崛起与挑战

金属卤化物钙钛矿具有ABX₃型晶体结构，其柔软的离子晶格和低温溶液加工兼容性，使其天然适合制备柔性器件。在柔性器件中，刚性玻璃基底被聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）或聚酰亚胺（PI）等柔性聚合物基底替代。

研究表明，在住宅光伏应用中，光电转换效率为17%的刚性钙钛矿电池需至少24年的寿命才能与硅基电池竞争，而效率相当的柔性电池仅需19年即可达到同等竞争力，这凸显了其巨大的市场潜力。

自2013年首个柔性钙钛矿电池问世以来，该领域发展迅猛。然而，当器件面积扩大，一系列问题也随之凸显：

1. 透明导电电极面积增大导致串联电阻上升；
2. 聚合物基底在加工和环境条件下易发生化学与物理形变；
3. 在本质粗糙的柔性基底上制备高均匀性钙钛矿薄膜极具挑战；
4. 激光刻划等互连工艺可能引入分流漏电路径；
5. 功能层的大面积沉积技术在柔性基底上的应用仍不成熟。

这些问题共同指向一个核心：亟需系统性的策略来克服从实验室高性能原型到工业级可靠产品之间的技术鸿沟。

02 规模化制备的两大技术路线

为实现大面积、均匀且机械稳健的薄膜沉积，目前已发展出两大核心规模化技术路线。

溶液基沉积方法，包括狭缝式涂布、刮涂、喷涂和喷墨印刷。其中，狭缝式涂布和刮涂因其高材料利用率和与卷对卷（R2R）制造的内在兼容性，成为大面积制备的优选方案。喷涂和喷墨印刷则对大面积基底具有高度适应性。

真空基沉积方法，包括单源蒸发、共蒸发和分步沉积。这类方法可实现复杂基底上的精确膜厚和成分控制，均匀性高，但设备更复杂、成本更高。

这些互补的技术是连接实验室性能与实用化大面积组件的桥梁。接下来，我们将聚焦关键功能层——电子传输层、空穴传输层和钙钛矿吸光层的具体制备策略。

03 电子传输层的规模化策略

大面积电子传输层面临覆盖不完全、导电性与厚度的权衡以及界面缺陷等挑战。界面钝化是早期取得突破的关键。

例如，在狭缝式涂布的SnO₂中引入K⁺钝化，可抑制陷阱态并消除滞后效应，使组件效率突破15%。随后的结构创新，如由致密SnO₂和多孔Zn₂SnO₄组成的双层设计，进一步改善了覆盖性和能带排列，使400 cm²组件效率超过11%。

在化学层面，分子锚固剂（如四甲基氯化铵，TMACl）可稳定SnO₂墨水并实现界面化学键合，使全刮涂柔性组件的认证效率超过20%。

原子层沉积（ALD）技术虽能提供优异的膜厚控制，但在柔性组件中应用相对较少，主要因其在界面钝化、温度兼容性等方面的表现不如优化的溶液法。

未来研究应聚焦于分子锚固、多层结构设计和墨水工程的集成，结合图案化涂布等新兴方法，以提高大面积制备的可重复性。

04 空穴传输层的规模化策略

空穴传输层（HTL）深刻影响组件的效率、机械韧性和长期稳定性。常用的聚合物基材料，如PEDOT:PSS和PTAA，面临着导电性损失、能级失配和界面附着力弱等问题。

从机械角度看，规模化HTL需缓解弯曲过程中的应力集中。聚合物HTL可作为“应变缓冲层”，减少脆性电极与钙钛矿界面的拉伸应变。

研究表明，通过与生物粘合剂共混或梯度改性，可以显著改善PEDOT:PSS薄膜的均匀性和界面结合力，使组件在数千次弯曲后仍保持稳定。分子工程改造的PTAA，通过掺杂小分子，可强化掩埋界面并调控钙钛矿结晶，实现19%的组件认证效率和优异的弯曲耐久性。

无机NiOₓ也显示出潜力，通过后处理或二元溶剂工程，可有效抑制溶液加工中的“咖啡环效应”，获得致密无缺陷的薄膜。

近年来，自组装单分子层（SAMs） 作为超薄HTL在小面积刚性电池中取得了超过26%的里程碑效率。热蒸发沉积SAMs可形成比溶液法更致密、更共形的涂层，但目前其在柔性器件的大面积应用研究仍处于起步阶段。

05 钙钛矿吸光层的规模化沉积

钙钛矿层的薄膜质量是决定器件性能的核心。溶液法是大面积沉积的主流，但常面临胶体传输失控引发的“咖啡环效应”和“岛状效应”。

不均匀结晶还会产生残余应力，成为弯曲时裂纹的起源。为此，研究者建立了三大核心策略：

1. 界面工程（如构建特殊浸润性表面抑制咖啡环）；
2. 先进印刷物理控制（如调控弯月面形态控制胶体传输）；
3. 分子水平调控（如引入锚固剂强化界面结合）。

例如，引入分子粘合剂TMACl增强了SnO₂与钙钛矿层的附着力，使57.2 cm²柔性组件效率达到20.08%。

除了传统的铅基钙钛矿，无铅和锡-铅混合钙钛矿也受到关注。通过工业兼容的刮涂工艺，已有研究实现了25 cm²柔性无铅锡钙钛矿组件5.7%的效率。

真空沉积路径为柔性钙钛矿薄膜制备提供了另一条思路，其优势在于低温沉积、精确的成分与厚度控制、以及与现有产线兼容性好。从早期的双源热蒸发，到多源共蒸发、真空-溶液混合工艺，真空法在制备均匀、大面积薄膜方面展现出潜力。

未来，该领域需整合结晶动力学控制与应力管理，并建立标准化的力学可靠性评价体系。

06 至关重要的激光刻划技术

激光刻划是建立组件内部电池串并联互连的基础工艺，通常包括P1、P2、P3三步，深刻影响组件的电阻、分流和稳定性。

P2步骤最为关键，它需要蚀穿包括钙钛矿在内的功能层堆叠，但不能损伤下方的透明导电电极。这对热敏感、机械柔软的PET等基底尤为挑战，局部加热易导致基底翘曲、薄膜剥离，甚至造成钙钛矿与顶电极短路。

优化激光参数是核心。研究发现，扩大激光束光斑、提高脉冲重叠率，可以获得更光滑的刻划痕迹，更好地去除残留物，从而降低接触电阻，提升组件效率。系统优化的紫外纳秒激光工艺，可将串联电阻显著降低。

为最小化热损伤，非接触加工、紫外（UV）激光和飞秒激光被广泛应用。此外，引入后清洗步骤去除烧蚀产生的金属尖刺，或采用机械与激光结合的混合图案化策略，都能有效降低短路风险。

反复弯曲时，裂纹往往从刻划线处萌生。因此，增强层间附着力、在刻划线周围引入弹性缓冲层等机械强化设计，对于提升柔性组件的耐久性至关重要。

07 广阔的应用前景

柔性钙钛矿组件的独特优势为其打开了多元化的应用大门：

• 可穿戴设备与电子纺织品：需在反复弯曲下稳定工作，为低功耗传感器供电。例如，已有研究将柔性钙钛矿电池与汗液传感系统集成，实现了超过12小时的多参数体表监测。
• 室内物联网与自供电传感：在弱光环境下效率高，是微瓦级物联网节点的理想电源。长期监测显示，钙钛矿电池在室内年发电量可达硅基电池的三倍。
• 建筑/车辆一体化光伏：轻质柔性的特点使其可轻松贴合于弯曲的建筑立面或车顶，降低安装复杂度。
  便携式/卷式电源：适用于野外充电、应急供电等场景，对大面积均匀沉积和可靠互连工艺要求高。
  航空航天与无人机：极高的功率重量比可有效延长飞行器续航。已有演示将柔性光伏阵列集成到无人机上，实现了自主的“飞行-充电-飞行”循环。
  
  

08 总结与展望

柔性钙钛矿太阳能组件是推动能源变革的潜力技术，但从实验室走向市场，仍需跨越几道关键障碍：

1. 基底与工艺温度：开发成本更低、耐温性高于150°C的柔性基底是当务之急。
2. 薄膜均匀性与重复性：需改进涂布工艺、调控流体动力学，并深入理解真空沉积的反应机理。溶液与真空技术的结合可能是突破方向。
3. 互连可靠性：优化激光刻划参数，在P2后引入扩散阻挡层，防止金属与钙钛矿接触导致短路。
4. 稳定性与测试标准：亟需建立包括弯曲、热循环、湿热等在内的系统化测试标准，全面评估其可靠性。
5. 材料计算与智能化：利用机器学习筛选墨水配方和工艺参数，加速材料与工艺开发。
6. 铅泄漏与回收：通过开发高性能无铅材料、设计柔性多层封装结构、以及实现组件可回收，三位一体解决环境与安全问题。
7. 系统集成：将柔性组件与微型储能装置、超低功耗电源管理芯片集成，构建完整的自供能系统，并建立相应的标准与协议。

未来，通过材料科学、工艺工程、机械设计与人工智能的深度融合，柔性钙钛矿太阳能电池有望从实验室的“高效样板”，真正走向千家万户的“实用能源”，为绿色低碳未来贡献关键力量