【导读】
无机CsPbI3具有约1.7 eV带隙，是钙钛矿/硅叠层太阳能电池理想的宽带隙吸收层之一，但由于较低的容忍因子，导致其光活性的黑相（如γ相）在室温下容易向非光活性的黄相（如δ相）转变。这种不稳定性会被微观结构缺陷进一步恶化，其中Ruddlesden–Popper反相畴界（RP-APB）是最广泛存在并备受关注的本征缺陷结构。RP-APB的产生源于制备过程中前驱体化学计量的局域不平衡。然而，RP-APBs对CsPbI3基的钙钛矿薄膜性能的影响目前仍存在正负效应共存现象，一方面RP-APBs形成的间隙可通过释放晶格应变来提高亚稳相的结构稳定性，另一方面其局部断裂的八面体网络又可能成为水分侵入、离子迁移和非辐射复合的通道。因此，目前RP-APBs在钙钛矿薄膜中的具体作用仍未完全明确，如何有效调控这类缺陷并揭示其对性能的影响机制，对于同时提升钙钛矿薄膜的结构稳定性和光电性能具有重要意义。
【成果掠影】
近日，武汉理工大学纳微结构研究中心和先进薄膜光伏研究中心联合陕西师范大学的研究团队，利用超低剂量球差校正（扫描）透射电子显微成像和定量分析方法，系统研究了CsPbI3薄膜中RP-APB的结构演化过程及其对相稳定性和器件性能的影响机制。研究比较了两种相互补充的调控策略：其一是成分调控策略，即在γ相结晶过程中引入适度过量PbI2，以补偿畴界处缺失的Pb/I面并降低RP-APB密度，但持续增加PbI2会诱导边共享铅碘八面体结构，并促成δ相成核；其二是相工程策略，即利用DMA+稳定β相，通过锁定高对称性的钙钛矿晶格结构，从源头上抑制RP-APB的形成，由此制备的器件最高光电转化效率达到20.23%，并在连续光照MPPT测试中实现1141 h的T80。以上研究直观揭示了RP-APB是导致薄膜稳定性下降和效率损失的重要结构根源，建立了微观结构与器件性能之间的直接关联，为高效高稳定钙钛矿太阳能电池的精准设计提供了关键支撑。
第一作者：殷志文、李楠、江炀
通讯作者：向万春、李蔚、胡执一
参与单位：武汉理工大学（材料复合新技术国家重点实验室、纳微结构研究中心）、陕西师范大学、佛山仙湖实验室、比利时安特卫普大学（EMAT电镜中心）、湖北隆中实验室
【数据概览】
图1 PbI2过量条件下CsPbI3薄膜的显微结构演变。（a）化学计量比γ-CsPbI3薄膜中典型RP-APB的原子分辨HAADF-STEM图像；（b）对应a图的ABF-STEM图像；（c）RP-APB的结构模型；（d-g）PbI2过量比例依次为0、5%、10%和20%的CsPbI3薄膜HR-HAADF-STEM图像；（h）微结构演变示意图；（d-g）中比例尺均为5 nm。
图2 β-(DMA,Cs)PbI3薄膜的显微结构表征。（a）β-(DMA,Cs)PbI3薄膜的HR-HAADF-STEM图像；（b）对应a图的FFT图样；（c）β-(DMA,Cs)PbI3薄膜的EELS谱；（d）a图中区域1的原子分辨HAADF-STEM图像及结构模型（插图）；（e）结构模型以及从d图中红色方框区域提取的原子柱位置散射电子强度；（a）中比例尺为5 nm。
图3 CsPbI3基薄膜的光电特性表征，包括β-(DMA,Cs)PbI3（记为β）、γ-Sto.、γ-5%过量和γ-10%过量薄膜。（a）不同薄膜的TRPL；（b）不同薄膜的PLQY；（c）根据电子单载流子器件暗态J-V曲线估算的陷阱填充极限电压VTFL和表观陷阱密度ntrap；（d）暗态下测得的表面电势KPFM图；（e）光照下相同样品的表面电势KPFM图；（f）暗态与光照条件下接触电势差的统计直方图及相应的SPV；（d）和（e）中比例尺均为1 μm。
图4 CsPbI3基钙钛矿太阳能电池（PSC）的光伏性能，包括β-(DMA,Cs)PbI3（记为β）、γ-Sto.和γ-5%过量器件。（a）器件结构；（b）截面SEM图像；（c）不同器件的J-V曲线；（d）EQE光谱及积分电流密度；（e）最大功率点处的稳态功率输出（SPO）；（f）Urbach能量（EU）；（g）N2气氛中连续光照下的MPPT稳定性测试。
【成果启示】
这项工作说明，RP-APB并非普通的被动缺陷，它直接关联局部八面体连接方式、非辐射复合和黑相衰退。PbI2补偿只能在较窄的工艺窗口内减少畴界，继续增加PbI2反而会推动角共享网络向边共享结构演化。相比之下，DMA+通过稳定高对称β相，降低了半晶胞错移和RP-APB形成的晶体学需求，使设计思路由“治愈畴界”转向“规避畴界”。这一结果为CsPbI3及其他亚稳钙钛矿的缺陷调控和高性能薄膜的理性设计提供了重要结构依据和理论支撑。
原文详情：
Zhi-Wen Yin, Nan Li, Yang Jiang, et al. Antiphase Boundaries Regulate Phase Stability and Performance in DMA+-Assisted CsPbI3-Based Perovskites. Advanced Materials, 2026, e74538., DOI：10.1002/adma.74538
原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.74538
