鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其卓越的光電性能、低成本的溶液加工工藝以及不斷提高的能量轉換效率（PCE）而成為最有前途的光伏技術之一[[1], [2], [3]]。
自2009年首次報道以來，PSCs的PCE已從3.8%飆升至超過27% [4,5]，這一水平與晶體硅太陽能電池相當[6]。這些顯著成就源于金屬鹵化物鈣鈦礦出色的光吸收能力、長的載流子擴散長度和可調的帶隙。然而，盡管取得了快速進展，PSCs的商業化仍受到長期運行穩定性和大面積制造相關挑戰的阻礙。目前，大多數先進的PSCs基于有機-無機雜化鈣鈦礦，如碘化甲基銨鉛（MAPbI?）和甲酰胺基類似物[[7], [8], [9], [10]]。雖然這些材料展示了出色的效率，但有機陽離子的揮發性導致嚴重的熱不穩定性和濕氣敏感性，限制了其實際應用。相比之下，全無機鈣鈦礦，如CsPbI?及其混合鹵化物衍生物[[11], [12], [13]]，表現出更好的熱穩定性和環境穩定性，使其成為耐用的太陽能電池候選材料。
在所有全無機混合鹵化物鈣鈦礦中，CsPbI?Br和CsPbIBr?由于比純碘化物鈣鈦礦（CsPbI?）具有更好的相穩定性而受到特別關注[11,13,14]。此前，我們小組的Sheng等人通過兩步熱處理（預退火后重新退火）制備出了具有均勻形態和高結晶度的CsPbIBr?薄膜，實現了9.6%的能量轉換效率[15]。然而，CsPbIBr?中的高溴含量導致帶隙寬化至2.05電子伏特，這限制了光譜吸收范圍并減少了光電流的產生。相比之下，CsPbI?Br在光學吸收和結構穩定性之間提供了最佳平衡，具有更窄的帶隙（1.9電子伏特）和更好的抗相變性能[13,16]。這些特性使得CsPbI?Br成為高效鈣鈦礦太陽能電池的更有前途的候選材料。例如，Abouzied等人通過引入TiCl?（部分替代了鈣鈦礦晶格中的Pb）提高了CsPbI?Br薄膜的濕氣穩定性并抑制了非輻射復合[17]，從而使無機PSCs的PCE從14.23%提高到了17.14%。
盡管具有這些優勢，但制備高質量CsPbI?Br薄膜仍然具有挑戰性，因為傳統的溶液基方法通常需要復雜的處理步驟和高溫退火，這阻礙了可擴展性并帶來了與溶劑使用相關的環境問題[18]。為了克服這些限制，基于真空的沉積技術引起了越來越多的關注。其中，磁控濺射作為一種成熟的物理氣相沉積（PVD）技術，具有無溶劑處理、精確厚度控制、優異的薄膜均勻性以及適合工業規模生產的優勢[19]。這些特點使得磁控濺射成為制備鈣鈦礦薄膜的可行替代方法，實現了一種無需后續退火的高質量鈣鈦礦層的高效、環保的制造途徑。磁控濺射已廣泛應用于鈣鈦礦太陽能電池中，用于沉積功能層[20]，包括作為空穴傳輸層的NiO?[21,22]、作為電子傳輸層的SnO?和ZnO[23, [24], [25]，以及作為經濟高效的counter電極的過渡金屬[26]。然而，通過濺射直接制備鈣鈦礦吸收層的研究還相對較少。
Gao等人使用磁控濺射制備了高質量的有機-無機鈣鈦礦薄膜，在沉積后處理后實現了15.22%的PCE[27]。Falsini等人通過射頻（RF）磁控濺射制備了大面積的CsPbCl?納米晶體薄膜，并通過溫度依賴的光致發光光譜研究了載流子復合動態[28]。Morello等人采用一步濺射工藝制備了CsPbBr?薄膜，在低溫下觀察到放大的自發輻射（ASE），并發現靶材的成分調節可以有效降低ASE閾值[29]。同樣，Xu等人報道了通過RF磁控濺射制備的大面積CsPbBr?薄膜，未使用有機溶劑[30]，突顯了其作為工業上可行且環保的沉積方法的潛力。與通過溶液基方法制備的CsPbI?Br薄膜相比，濺射薄膜在微觀結構和材料性能上存在顯著差異。溶液處理的薄膜通常需要溶劑工程和抗溶劑輔助結晶，可能導致薄膜均勻性差、殘留溶劑陷阱以及在常溫條件下的相不穩定[29,30]。相比之下，濺射方法提供了一種無溶劑的途徑，能夠制備致密、無針孔的薄膜，具有更高的相純度和更好的環境穩定性。此外，濺射薄膜在較低的基底溫度下形成，無需高溫退火，減少了熱應力，并適用于柔性或溫度敏感的基底。這些優勢使得濺射方法在可擴展制造方面具有巨大潛力。這些研究強調了磁控濺射在可擴展鈣鈦礦薄膜制備方面的潛力，盡管其在CsPbI?Br吸收層中的應用仍需進一步探索。
在這項工作中，我們報道了一種一步法RF磁控濺射工藝，通過將5%摩爾比的碘化二甲銨（DMAI）加入濺射靶材中，實現了CsPbI?Br基鈣鈦礦薄膜的可擴展制備。這一策略顯著提高了薄膜的結晶度和表面形態，延長了載流子的壽命并增強了環境穩定性。我們的發現展示了磁控濺射在制備高質量無機鈣鈦礦薄膜方面的強大潛力，并為可擴展和穩定的鈣鈦礦光伏技術提供了可行的途徑。
