正文
所谓器件，科学人将实验室研制的那些
devices
称之为“原型器件”，其中一个共识即：实验室的器件和产线上的器件，是很不同的，虽然都是器件。个中差距的一个表现，就是
产线上的大面积钙钛矿器件
，其
效率会明显低于实验室的“原型”
。目前被报道的高效率钙钛矿组件，主要都是实验室小面积的“原型”。实验室里的电池，大多为
1 cm
2
见方的薄膜器件。随着组件面积放大，电池效率显著下降，且下降幅度明显大于其他类型的电池，如图
2
所示。
钙钛矿大面积电池，其效率损失严重之源在哪里呢？目前学界认知主要立足两点：
(1)
钙钛矿薄膜的大面积制备工艺不成熟、难度较大。
面积越大的薄膜，膜内缺陷越多、均匀性越难调控
。
(2)
大面积薄膜组件，一般需要通过激光划线技术将连续的钙钛矿薄膜分隔成不同的子电池。
各个子电池之间的区域，无法被利用来进行光伏发电。这部分区域被称为“死区”，并且死区也会产生额外的电阻损耗
。
图
2.
不同类型太阳能电池的光电转换效率和器件面积的倒置关系
(trade - off curves)
。图源：Nat. Rev. Mater. 3(4), 1-20 (2018)
。
成本问题
第二个问题，是成本控制。
这一问题的存在，有些让人疑惑，或者说一般人了解不多。钙钛矿电池，理论上其制备组装成本应该较低。然而，目前处于产业化初期的电池制造，其实际成本明显高于预估成本。根据
Pavel
等人于
2022
年发表的报告所阐述
[from
ACS Energy Lett.
7(9), 3039-3044 (2022)]
，中国制造的钙钛矿组件成本为
0.25 - 0.27
美元
/ W
，折合人民币
2
元
/ W
左右，
明显高于
钙钛矿预估的
0.6
元
/ W、具有产业竞争力的成本。最近的文献显示
[from
Materials Futures
2(1), 012103 (2023)]
，理想情况下，中国国内钙钛矿核心材料价格为
180
元
/
平米，人工与能源费用假设为
45
元
/
平米。
2024
年
2
月“极电光能”发布消息，他们在
810 cm
2
钙钛矿光伏组件上实现了
20.7 %
的稳态效率。由此可以估算，当下理想状态的钙钛矿组件，成本应为
0.87
元
/ W
左右。根据测算，当效率提升至
22 %
、
25 %
、
28 %
时，单瓦理想成本有望降至
0.82
、
0.72
、
0.64
元
/ W
。
综上所述，很显然，解决这些困难和挑战的关键，或者说无法绕过的技术瓶颈，依然是制备低成本、
大面积、高能量转化效率的钙钛矿电池组件
(PSCs)
。其中，
大面积、少缺陷、且膜厚均匀的钙钛矿薄膜制备
，
是保证良率、增大面积、简化生产控制流程，从而跨越上述挑战的重中之重
。
3.
流变学效应
既然大尺寸器件效率低、制备难，那就去解决即可。说起来容易，实际上困难重重。在产线制备
PSCs
过程中，存在的问题很多。引起笔者所在团队关注的技术点之一，进入是一个有趣的物理问题，即溶液印刷过程中涌现的“流变动力学”问题：众所周知，
钙钛矿光伏薄膜
，是
采用刮涂或狭缝涂覆的溶液印刷工艺制备的
。这一进程中，钙钛矿材料必然经历从前驱体溶液到固态多晶薄膜的转化。一方面是
前驱体溶液
，一方面是
前驱体膜不断结晶固化
。当液体与固体混杂并不断演化时，十分复杂的印刷流变效应和伴随之的钙钛矿结晶动力学问题，就跃然纸上。
这里，梳理两个与钙钛矿太阳电池制备密切相关的流变学问题或效应。解决它们，将对溶液法制备大面积钙钛矿光伏薄膜具有重要作用。
“咖啡环”与“钉扎”效应
第一个效应，很多读者一定都注意到过。
一滴水或咖啡滴在桌面上干涸后，总会在边缘形成一道颜色更深的环圈
。这一效应并非偶然，而是一种经典的流体动力学现象
——
咖啡环效应
(Coffee Ring Effect)
，如图
3(a)
所示。它的形成机制是：
液滴蒸发过程中，边缘蒸发速率往往高于中心蒸发速率
