許多性能最佳的鈣鈦礦光伏器件利用2D/3D界面，這提高了效率和穩(wěn)定性——但目前尚不清楚3D到2D鈣鈦礦的轉(zhuǎn)換是如何發(fā)生的，以及這些界面是如何組裝的。多倫多大學Edward H. Sargent等人使用原位掠入射廣角X射線散射（GIWAXS）來解析旋涂過程中的2D/3D界面形成問題。

 使用原位GIWAXS證明，2D/3D界面的形成是通過中間態(tài)進行的，而中間態(tài)根據(jù)鈣鈦礦組成的不同而不同。對于MAPbI3，暴露于配體溶液會誘導形成由溶劑分子插入的PbI2二維層，隨后將其轉(zhuǎn)化為n=1的降維鈣鈦礦（RDP）。對于(MAPbBr3)0.05(FAPbI3)0.95薄膜，從3D碎片逐漸降維為n=3→2→1。

DFT計算發(fā)現(xiàn)，由于這些配體陽離子提供的環(huán)堆積相互作用，兩個鈣鈦礦碎片之間界面處的結(jié)合能在被VBA分子取代后增加。根據(jù)在原位GIWAXS實驗中的觀察，使用這些觀察結(jié)果假設(shè)配體滲透并平分3D鈣鈦礦以形成低維碎片，這些碎片在變成n=1之前連續(xù)分裂成低n RDP。

通過比較光伏器件與使用不同配體溶液制備的2D/3D界面，我們認為降低配體溶液中IPA的濃度可以減緩界面的形成，從而提高光伏器件的性能。隨著反溶劑濃度的增加，2D/3D轉(zhuǎn)化速度會變慢，在3D顆粒上共形形成的2D層會變薄，從而提高載體提取和器件效率（3D只有20%，2D/3D為22%）。AFM、SEM和ToF-SIMS的測量結(jié)果表明，IPA濃度越高，RDP層越厚、越無序，這導致PL壽命猝滅測定的2D/3D界面的載流子提取越差。

這項工作強調(diào)了對2D/3D界面形成的基本理解如何幫助設(shè)計出更好的器件。未來的研究將需要根據(jù)實驗和計算觀察來明確證明提出的這些微觀機理。

 

 

Andrew H. Proppe et al. Multication perovskite 2D/3D interfaces form via progressive dimensional reduction. Nat. Commun. 2021, 12 (1), 3472.

DOI: 10.1038/s41467-021-23616-9.

https://www.nature.com/articles/s41467-021-23616-9