18 世纪的蓝颜料，给钙钛矿电池当上了施工监理

普鲁士蓝是人类第一种现代合成颜料，18 世纪初在柏林被意外合成，此后广泛用于绘画、印刷和蓝晒。它有一种特别的晶体结构：开放式框架，内部有空腔，金属中心可以来回变价。这些性质让它在电化学和离子存储领域被反复研究。

2026 年 9 月 25 日，厦门大学郑南峰院士、吴炳辉教授团队联合暨南大学、清华大学在《科学》发表研究，把这种老颜料放进了钙钛矿太阳能电池的吸光层，用它同时解决结晶过程和器件运行两个阶段的问题。

图1：钙钛矿太阳能电池器件（图片来源：Wikimedia Commons）

钙钛矿的真正麻烦不是效率

钙钛矿太阳能电池的光电转换效率早就超过 26%，实验室纪录不断刷新。真正卡住商业化的是稳定性：薄膜在电场、光照和热的长期作用下，内部离子会迁移、重新分布，缺陷逐渐累积，性能衰减。

过去的多数方案只盯一个阶段。有的调控结晶过程，让薄膜长得更规整；有的在界面做钝化，减少缺陷。但薄膜的形成和器件的运行其实是一个连续过程：结晶时留下的局域应变，会在运行时成为离子迁移的通道。

图2：普鲁士蓝，人类第一种现代合成颜料（图片来源：Wikimedia Commons）

普鲁士蓝做了三件事

研究团队引入普鲁士蓝纳米颗粒，利用它与钙钛矿相近的晶格特征、可逆氧化还原活性和开放框架结构，让它在两个阶段都参与调控：

• 结晶阶段：钙钛矿的成核、中间相转化和晶体生长被引导，最终薄膜的择优取向更明显，局域应变更低
• 运行阶段：外加电场下离子的长程迁移和重新分布被抑制，电场诱导的局域电势变化显著减小
• 缺陷演化：框架结构的氧化还原活性提供了缓冲，缺陷转化路径被改变

数据说话

团队在两种器件结构上做了验证。引入普鲁士蓝后，正置和倒置两类小面积器件的光电转换效率都超过 26%。更关键的是放大后的表现：6cm×6cm 正置结构模组效率 23.4%，30cm×30cm 倒置结构模组效率 22.9%。

大面积模组还能保持 22% 以上，这比小面积效率数字更能说明问题。钙钛矿领域长期被诟病的一点就是"小面积漂亮、放大就崩"，这次模组数据是这项工作的分量所在。

它提供的不只是一种材料

这项工作的方法论意义可能比材料本身更长远：把薄膜形成与器件运行当作一个相互关联的连续过程来处理，而不是分头优化。普鲁士蓝是一个验证了这个思路的例子，具备结构引导、氧化还原缓冲和离子调控三重功能的开放框架材料，是一个可以系统筛选的类别。

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