科创中国

精密调控有机-无机杂化钙钛矿的形核、结晶过程，降低薄膜缺陷密度有利于推动该类材料在太阳电池、发光二极管、射线探测器中的应用。中南大学袁永波团队从相变热力学、动力学和晶体学入手，深刻揭示了准二维（简称2D）钙钛矿形核与生长过程，提出“相变三步结晶”模型，相关机理被广泛用于解释2D钙钛矿的定向生长。基于“相变三步结晶模型”：1）阐明了AX类添加剂抑制溶剂相形核的关键作用；2）利用结晶抑制剂策略降低了晶体缺陷密度；3）利用自生成甲胺气体实现了钙钛矿底部缺陷原位修复；4）成功制备出具有国际领先水平的高效太阳电池器件；5）证实了3D钙钛矿表面可诱导2D钙钛矿定向外延生长，为新型光电器件开发提供了新的功能结构。成果填补了相关领域长期存在的理论空白，建立了2D钙钛矿相变结晶模型及缺陷调控策略。相关论文发表于Nature Communications (2020)、Advanced Science (2020)、 Advanced Energy Materials (2021)、ACS Energy Letters (2021)、Solar RRL (2020)期刊。
杂化钙钛矿是一类新兴的尖端半导体材料,围绕该类材料开发太阳电池、节能照明、低能耗电子设备对支撑我国实现“碳达峰、碳中和”目标至关重要，也有利于我国突破美国在半导体方面的技术封锁。该成果建立了2D钙钛矿相变结晶模型及缺陷调控策略，为大面积电池的制备工艺开发提供了关键知识，有益于推动降低我国光伏发电成本。