序度转变：三明治分相二维钙钛矿结晶动力学及其器件性能的研究学术资讯

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二维钙钛矿作为比三维钙钛矿更稳定的新型半导体材料，在光伏器件领域得到了广泛关注和研究。目前，通过添加剂工程调控钙钛矿的晶格取向性、薄膜结晶质量以及减少非辐射复合中心获得了19%以上的高效率。尽管二维钙钛矿在器件效率和稳定性方面取得了成功，但是其根本的结晶动力学过程以及如何精确控制钙钛矿薄膜中的纳米结构等仍需进一步探索和研究。
近日，上海交通大学刘烽教授课题组与浙江大学朱海明教授、劳伦斯伯克利国家实验室Thomas. P Russell教授合作研究，通过在2D钙钛矿中引入碱金属盐和极性溶剂双添加剂，获得了新颖的K离子分布的三明治结构，并采用原位同步辐射表征技术揭示了2D钙钛矿的结晶动力学过程以及添加剂在该过程中所起的作用（如图1所示）。详细的器件物理及瞬态吸收实验结果表明K+三明治结构的分布可以有效的钝化钙钛矿与电子或空穴传输层双界面处的缺陷，抑制非辐射复合损失，提高电荷的提取效率以及扩散长度，从而获得了16.48%的高效率（如图2和图3所示）。二维钙钛矿的结晶过程遵循[PbI6]4-八面体纳米牢笼转变机制，添加剂和金属阳离子可以调控成核和生长的过程。而随后的溶剂退火后处理过程可以使二维钙钛矿重结晶和排布，从而改善了钙钛矿的晶格取向并提高其结晶度。尽管如此，面内方向二维钙钛矿衍射斑点的缺失表明二维钙钛矿晶粒并不能形成长程有序的排布，而是由不同n值的二维钙钛矿晶粒局部有序排布共混组成的（如图1c所示）。这一工作不仅揭示了二维钙钛矿的结晶动力学以及添加剂的调控机制，同时提供了二维钙钛矿排布情况，为器件的优化和该领域对二维钙钛矿结构的认知有一定的指导意义。

图1. 2D钙钛矿的结晶动力学过程以及形成机制示意图。

图2. 超快吸收光谱：研究二维钙钛矿的分布情况以及载流子的传输动力学过程。

图3. 器件性能以及物理特性表征。
该工作已经在Advanced Materials 上发表，上海交通大学博士研究生宋静楠、周冠清以及香港大学博士生陈伟为共同一作。

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