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近些年，喷墨打印钙钛矿薄膜的结晶过程得到了广泛的探索和优化，相应的太阳能电池显示出连续功率转换效率（PCE）提高到21.6%。尽管高质量喷墨打印薄膜取得了重大进展，但大多数研究工作都集中在喷墨打印单组分钙钛矿薄膜上，而不是批量多组分钙钛矿薄膜上。批量多组分钙钛矿薄膜的打印细节和结晶动力学的控制复杂性显著增加，这在很大程度上阻碍了喷墨打印多组分钙钛矿薄膜的发展。南方科技大学徐保民教授带领团队研究了一种高通量筛选方法如图1所示，使用三种前驱体溶液（FAPbBr3，MAPbBr3和CsPbBr3）喷墨打印不同点间距的薄膜，并且以快速和自动化的方式形成30个具有相似带隙的混合三溴化钙钛矿薄膜，通过优化结晶动力学，使所有薄膜都具有非常接近的晶粒尺寸。因此，获得的30种混合薄膜的PL寿命数据库能够有效地筛选和识别高光电压太阳能电池的新成分。

▲ 图1 基于高通量合成的成分筛选方案框架。

▲ 图2 （a）四通道非平行按需喷墨打印机（MicroFab Jetlab 4）示意图。（b）混合钙钛矿薄膜（FAPbBr3， MAPbBr3和CsPbBr3），其中以不同的体积比按顺序打印两种不同的前体会产生一系列混合薄膜。（c）喷墨打印的FAPbBr3薄膜，从左到右喷射点减少。（d）喷墨打印的学校标志（左）和钙钛矿晶体结构（右）。（e）喷墨打印的FAPbBr3，MAPbBr3和CsPbBr3薄膜，用1到30的数字标记的。

如图2e所示，FAPbBr3，MAPbBr3和 CsPbBr3的任意两个前驱体混合比例从0%到100%以步长为10%依次打印在玻璃基板上，产生30种混合钙钛矿薄膜。预制薄膜标有从1到30的数字。30张混合薄膜的整个打印过程具有高度可重复性，仅用了大约8分钟，凸显了喷墨打印技术（MicroFab）的快速生产能力。

研究人员通过进行扫描电子显微镜（SEM）测量以研究上述喷墨打印薄膜的形貌，如图3a所示。尽管大多数打印的薄膜中存在一些不连续的区域，但致密的晶粒仍然占据了薄膜表面的大部分。这些打印的薄膜表现出相似的晶体尺寸，根据统计分析，每种薄膜的平均晶体尺寸在1.5μm左右（图3b）。如此大的平均晶体尺寸甚至超过了旋涂薄膜，并能充分表达相应薄膜的基本光电特性，因此这些打印的薄膜足以用于后续的X射线衍射、吸收和PL表征。更重要的是，鉴于钙钛矿晶粒尺寸可以极大地影响钙钛矿薄膜的光电性能，因此具有不同成分的这些薄膜非常接近的晶粒尺寸（图3b）使研究人员能够生成具有钙钛矿薄膜特性的有效数据库进行比较，并且该数据库可以大大加速发现用于器件应用的新型钙钛矿材料。

▲ 图3 （a）喷墨打印FAPbBr3， MAPbBr3和 CsPbBr3的SEM图像，点间距x=0，0.2，0.4，0.6和0.8的薄膜。（b）喷墨打印的薄膜晶粒尺寸的统计分布。

为了检查这些喷墨打印的薄膜的晶相，研究人员对样片进行了X射线衍射（XRD）测量。并且根据晶相分析表明，喷墨打印这种高通量方法可以可靠地制造混合钙钛矿薄膜。

本次开发了一种基于高通量喷墨打印技术（MicroFab）的高效成分筛选方案，使用喷墨打印方法制备了多种混合溴化物钙钛矿薄膜，并通过优化结晶动力学来获得具有相似带隙和接近的晶粒尺寸的薄膜。通过这种方法，研究人员建立了一套光致发光寿命数据库，用于高效筛选和识别用于高光电压太阳能电池的新组合。通过控制喷墨打印器的喷射单滴体积、喷射滴数、印点位置和前驱物的打印顺序，能够精确控制混合前驱物薄膜的组，使得制备混合钙钛矿薄膜的过程实现了全自动化，大大提高了生产效率和样品一致性。展现出喷墨打印技术在加速发现新的钙钛矿材料以及高光电压太阳能电池的研究中具有重要的应用价值。