Advanced Functional Materials:路易斯碱添加剂精准调控钙钛矿结晶动力学过程

杂化钙钛矿薄膜的晶体质量直接决定其本征特色优势能否充分发挥,从而主导光伏器件性能。在钙钛矿薄膜制备过程中,反应速率过快会导致晶体生长过程难以控制并在薄膜内部产生严重缺陷,制约光伏器件效率与服役稳定性。已有较多研究聚焦于结晶过程调控,采用路易斯碱添加剂策略以获得高质量晶体薄膜,但不同路易斯碱添加剂诱导钙钛矿晶体质量差异化的机制尚未系统明晰,通过该策略进一步优化晶体质量仍有较大空间。同时,添加剂改善晶体质量工作机制目前主要归因于晶体生长速率延缓,但仍缺乏对延缓钙钛矿结晶生长动力学行为与相转变动态过程等细节信息的深入理解。

北京科技大学康卓教授、张跃院士研究团队通过掺杂系列路易斯碱添加剂手段,实现了对钙钛矿薄膜晶体质量的精细调控,获得了晶体质量大幅提升的钙钛矿薄膜。发展原位掠入射广角X射线衍射技术探究了钙钛矿材料结晶动态过程演变规律,明确了结晶过程中添加剂诱导相变路径,揭示了中间相转变行为主导的结晶速率延缓对晶体质量的积极贡献。通过傅里叶红外、核磁、X射线能谱等方法从分子尺度分析了路易斯碱与钙钛矿前驱体分子间相互作用强度差异,理论结合实验从形成能、空间位阻等多角度阐明了路易斯碱添加剂诱导钙钛矿结晶质量差异根源,建立了路易斯碱添加剂评价标准。该论文第一作者为博士研究生徐晨哲,发表在Advanced Functional Materials (DOI:10.1002/adfm.202009425)