大科学装置赋能新能源材料突破：高能所依托北京同步辐射装置揭示钙钛矿高效结晶机理，子组件光电转换效率达22.9%

近日，中国科学院高能物理研究所(IHEP)多学科研究中心科研团队在钙钛矿太阳能电池材料微观机理研究中取得重要进展。研究团队创新引入与钙钛矿晶格高度匹配的普鲁士蓝(Prussian Blue, PB)纳米框架，依托国家重大科技基础设施——北京同步辐射装置(BSRF)开展多维度原位同步辐射表征，从瞬态结晶动力学演变与微观局域配位结构两个层面，首次系统阐明了普鲁士蓝调控钙钛矿成核结晶及抑制离子迁移的物理化学机制。

大面积钙钛矿光伏组件在湿法薄膜制备过程中，往往伴随随机成核和极其复杂的溶剂化中间相演变，极易在薄膜内部留下残余拉伸应变、晶格微观失序及点缺陷，进而在长期光照、受热及外加电场作用下引发离子迁移与性能急剧衰退。为突破这一制约光伏组件产业化的大面积效率瓶颈，研究人员依托BSRF 1W1A实验站的原位掠入射广角X射线散射(GIWAXS)以及1W1B实验站的X射线吸收精细结构(XAFS)技术，展开了高时空分辨的动态追踪：

动态结晶路径精准诱导： 原位GIWAXS分析表明，普鲁士蓝作为异相成核模板，有效引导体系从无序的随机均相成核向受控异相成核模式切换，显著抑制了低活性溶剂化中间体及非光活性黄色相($\delta$-FAPbI$_3$)的生成，开辟了一条快速转变为黑相光活性相($\alpha$-FAPbI$_3$)的动力学路径;该调控机制促使晶体严格沿(100)晶面实现择优取向生长，大幅消解了薄膜内的晶格拉伸应力;

原子尺度骨架稳健性与离子束缚： 1W1B实验站获得的Fe K边XAFS吸收谱、扩展边拟合与小波变换分析证实，即使在Cs$^+$等阳离子迁移嵌入普鲁士蓝内部孔道且Fe$^{3+}$发生氧化还原的极端微环境下，其Fe–C$\equiv$N–Fe立方配位骨架仍表现出极强的结构刚性，径向配位距离无明显畸变，为持续固化移动阳离子、抑制晶界离子滑移提供了坚实的微观结构屏障。

得益于加速器同步辐射实验提供的微观动力学指导，研究团队在器件级研发上实现了性能跨越：实验室小面积钙钛矿电池光电转换效率攀升至26.9%;在放大制备工艺中，6 cm × 6 cm小组件效率达到23.4%，30 cm × 30 cm大尺寸子组件取得了22.9%的高水平认证效率，为高稳定性、大面积钙钛矿光伏电池由实验室走向工业化产线奠定了坚实的科学基础。