Nat Commun： 潛伏在鈣鈦礦晶粒內部的“隱形殺手”—亞穩態晶內雜質納米團簇

在金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜中，雜質控制對于提升太陽能電池的效率和長期穩定性至關重要。以往研究多關注于晶界和異質界面處的雜質，而晶粒內部的（亞）納米級雜質則鮮有研究。

本研究香港理工大學蔡嵩驊和香港科技大學周圓圓等人利用低劑量掃描透射電子顯微鏡，首次明確證實了在名義上制備的摻銫混合陽離子鈣鈦礦薄膜中存在一種此前未知的亞穩態正交晶系非鈣鈦礦相——晶內雜質納米團簇（IGINs），其具有平行鏈狀結構。第一性原理計算與準原位觀測表明，這些IGINs會對鈣鈦礦的光電性能和化學穩定性產生不利影響。基于此，我們在溶液加工過程中引入內鹽（NDPS），有效降低了IGINs密度，提升了器件性能。

闡明鈣鈦礦晶粒內部隱藏的非傳統雜質，為鈣鈦礦太陽能電池與光電器件的納米工程與基礎理解開辟了新的研究路徑。

研究亮點：

1. 首次在原子尺度揭示鈣鈦礦晶內隱藏的雜質相：利用低劑量STEM技術，直接觀測到一種亞穩態、鏈狀結構的A?BX?雜質納米團簇，突破了以往對晶內“相純”的認知。

2. 闡明雜質形成機制及其對性能的雙重負面影響：IGINs由陽離子偏析形成，不僅帶隙寬、阻礙載流子傳輸，還在環境應力下易分解為PbI?，成為鈣鈦礦降解的“內因”。

3. 提出化學消除策略并實現高效穩定器件：通過引入NDPS內鹽添加劑，有效抑制陽離子偏析、消除IGINs，將鈣鈦礦太陽能電池效率提升至26.03%，T??穩定性超過1000小時。

Wang, W., Hao, M., Li, X. et al. Performance-limiting metastable intragrain impurity nanoclusters in metal halide perovskites. Nat Commun (2025).

https://doi.org/10.1038/s41467-025-66856-9

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