基于真空沉积的混合有机-无机钙钛矿(HOIPs)仍是实现钙钛矿光电器件可扩展、无溶剂制造的关键未解难题。研究人员通过反溶剂蒸汽辅助结晶工艺合成了结构均匀性高的四方相甲基铵铅碘(β-MAPbI3)单相晶体，将其作为原料，经机械化学处理和低温固结制备出3英寸非烧结MAPbI3溅射靶材。该靶材具备足够的致密性和力学完整性，可在射频磁控溅射过程中保持宏观无断裂，且在等离子体暴露下仍保留β相晶体学特征。然而，由此靶材制备的溅射薄膜始终呈现以碘化铅(PbI2)为主的特性。通过对靶材表面演化与薄膜成分的关联分析，研究人员发现溅射过程中有机组分与碘物种逐步流失，导致溅射通量成分发生改变。这种行为可归因于射频等离子体环境中高能离子轰击与光子辐照的共同作用。结果表明，即使采用高质量单相晶体衍生的靶材，直接溅射沉积也难以保持MAPbI3的化学计量比，提示可能需要沉积后重构策略以恢复钙钛矿相。该研究为理解等离子体-钙钛矿相互作用提供了基础见解，为基于溅射路线规模化制备钙钛矿光吸收层奠定了理论基础。
研究背景与意义：为实现碳中和目标，光伏技术成为可再生能源领域的核心方向，其中钙钛矿太阳能电池(PSCs)因功率转换效率(PCE)快速提升至26%以上而备受关注。混合有机-无机钙钛矿(HOIPs)具备优异的光吸收系数、可调直接带隙及长载流子扩散长度，但其规模化制备仍面临瓶颈：溶液法（如旋涂）材料利用率低、大面积均匀性差；热蒸发法难以控制有机前驱体的稳定挥发速率；传统溅射靶材多采用球磨混合粉末，易因组分分布不均导致靶材开裂与成分偏离。针对上述问题，研究人员在《Advanced Energy Materials》发表研究，首次采用反溶剂蒸汽辅助结晶(AVC)制备的四方相β-MAPbI3 单相晶体为原料，开发非烧结溅射靶材，系统揭示射频等离子体环境下有机-无机杂化靶材的溅射行为机制，为全溅射工艺制备钙钛矿光吸收层提供理论与技术支撑。
关键技术方法：研究采用反溶剂蒸汽辅助结晶(AVC)法制备高质量MAPbI3 单相晶体，通过调控前驱体浓度、搅拌温度与溶剂-反溶剂比例优化晶体生长；将晶体经机械粉碎、筛分后，在100 MPa压力下冷压成型，再经95℃低温固结制备3英寸非烧结溅射靶材；采用射频磁控溅射系统在2~15 mTorr工作压强下沉积薄膜，结合X射线衍射(XRD)、掠入射广角X射线散射(GI-WAXS)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)及紫外-可见吸收光谱(UV-vis)表征靶材与薄膜的晶体结构、化学成分及光学特性，系统分析等离子体暴露下的靶材表面演化与薄膜生长规律。
研究结果：
1. 晶体合成与表征：通过优化AVC工艺参数，获得平均尺寸约5 mm×5 mm的高质量MAPbI3 单相晶体，XRD与GI-WAXS证实其为四方相(I4/cm空间群)，无残留PbI2 杂相；EDS与XPS显示其I/Pb原子比约为3.3，呈轻微富碘特征，有利于补偿溅射过程中的碘流失；UV-vis吸收光谱显示其光学带隙为1.52 eV，光致发光(PL)峰位于780 nm，表明晶体缺陷密度低、结晶质量优异。
2. 非烧结靶材制备：采用冷压-低温固结工艺制备的3英寸靶材致密无宏观缺陷，具备足够力学强度以承受射频溅射，且避免了高温烧结导致的有机组分分解与相分离。
3. 靶材等离子体稳定性：在低功率(15 W)射频溅射条件下，靶材可维持稳定放电而无宏观开裂；XRD显示溅射后靶材仍保留β-MAPbI3 主相，但表面出现PbI2 衍射峰，XPS证实近表层有机组分衰减、I/Pb比降至~2.5，表明等离子体诱导靶材表面发生选择性分解。
4. 薄膜生长特性：溅射薄膜在所有测试压强(2~15 mTorr)与厚度(100~800 nm)下均呈PbI2 主导相，5 mTorr时薄膜致密性最佳但仍无MAPbI3 相形成；随厚度增加，薄膜I/Pb比从2.4逐渐趋近于2，且出现亚带隙吸收增强，证实溅射通量中有机与碘组分持续流失，无法原位形成钙钛矿相。
5. 溅射机理解析：研究人员提出射频溅射过程中，MAPbI3 靶材同时受高能Ar+ 离子轰击与等离子体光子辐照的双重作用——离子轰击通过动量转移引发化学键断裂，促进挥发性甲基铵(MA)与碘物种脱附；光子辐照则通过电子激发诱导非热分解，二者共同导致靶材近表层向缺碘富Pb-I态演化，最终使溅射通量偏离化学计量比，无法沉积得到MAPbI3 薄膜。
讨论与结论：研究证实，即使采用高质量单相晶体靶材，射频磁控溅射仍是本质非平衡过程，有机组分与碘的高挥发性使其在等离子体环境下必然发生选择性流失，无法通过溅射本身维持MAPbI3 化学计量比。因此，沉积后重构步骤（如MAI蒸汽处理、密封退火）是实现功能钙钛矿光吸收层的必要环节。该研究建立的单相晶体衍生靶材制备策略与等离子体-靶材相互作用机制，为开发全溅射工艺制备钙钛矿太阳能电池提供了关键理论基础与技术路径。
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