深圳技术大学超强激光应用技术研究中心、工程物理学院肖爽副教授团队与合作者近期在钙钛矿光电材料与器件领域取得系列进展。

（1）气相构筑致密包覆层用于高性能卤化钙钛矿X射线探测器

针对卤化钙钛矿X射线探测器面临的表面缺陷多、离子迁移严重等关键难题，提出了气相合成二维/三维钙钛矿异质结构的创新研究策略。现有3D钙钛矿探测器因离子键较弱、表面悬挂键丰富，在高电场下易出现离子迁移导致信号不稳定，而传统2D/3D异质结构制备方法难以实现纳米级精准调控，且2D层厚度过大会影响载流子传输。对此，研究团队开发了气相沉积法，在MAPbBr₃三维钙钛矿单晶表面直接生长(PA)₂PbBr₄、(HDA)PbBr₄二维钙钛矿包覆层，通过调控反应时间实现纳米级厚度精准控制，形成无针孔、全覆盖的致密异质界面。核心创新点在于揭示了有机层空间位阻与器件性能的构效关系：(PA)₂PbBr₄的有机阳离子空间利用率更高，空间位阻更大，能强效约束Br⁻离子迁移、钝化表面缺陷，构建Ⅱ型能带排列以促进载流子分离。基于该结构的探测器性能全面突破，灵敏度达22245 μC Gyₐᵢᵣ⁻¹ cm⁻²，响应速度240 μs，暗电流漂移低至1.17×10⁻⁴nA cm⁻¹ s⁻¹ V⁻¹，且经大剂量X射线照射后仍保持99%以上灵敏度。该研究不仅提供了钙钛矿异质结构精准合成的新路径，深化了晶格结构与光电性能关联的认知，还为开发低成本、高性能X射线探测器件奠定了基础，有望推动其在医学成像、辐射检测等领域的实际应用。

该研究发表在国际顶级期刊Nano Micro Letters(影响因子为36.3)，题为“Gas phase construction of compact capping layers for high-performance halide perovskite X-ray detectors”。肖爽副教授为通讯作者，南华大学王行柱教授为共同通讯作者，研究生张斌、郝川云同学和广西科技大学张守峰老师为共同第一作者，深圳技术大学为第一作者单位、第一完成单位和第一通讯单位。

论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-025-01900-3

（2）表面调制实现低温合成高质量卤化钙钛矿单晶

针对传统逆温结晶（ITC）法制备卤化钙钛矿单晶时，高温生长导致缺陷多、低温生长易出现非期望成核、晶体质量与生长速率难以兼顾的关键难题，提出了基于表面调制的低温逆温结晶（LITC）策略。研究团队以溴化铅甲胺钙钛矿（MAPbBr₃）为模型，在前驱体溶液中引入异丙醇（IPA）作为添加剂，利用IPA与晶体表面氨基的相互作用，降低表面吸附系数以减缓生长速率；同时改变胶体电荷状态，提升前驱体溶液稳定性，抑制非期望成核。核心创新点在于实现了44-48 ℃低温下的可控生长，制备的MAPbBr₃单晶高分辨X射线衍射摇摆曲线半高宽仅0.012°，为同类ITC方法报道的最小值，且缺陷密度显著降低，载流子寿命延长至478.6 ns。基于该单晶的X射线探测器灵敏度达7820 μC Gyₐᵢᵣ⁻¹cm⁻²，探测下限低至4.36 μGyₐᵢᵣs⁻¹，稳定性远超传统ITC法制备的器件。该研究不仅提供了一种高效、可重复的高质量钙钛矿单晶合成方案，深化了晶体生长过程中表面调控的机理认知，还为钙钛矿材料在太阳能电池、光电探测器等其他光电子领域的应用提供了重要参考。

该研究发表在中科院一区TOP期刊Chemical Engineering Journal (影响因子为13.5)，题为“Surface Integration Modulated Low-Temperature Synthesis for High-Quality Halide Perovskite Single Crystals”。肖爽副教授为通讯作者，薛彬助理教授为共同通讯作者，本科生曾盛乔同学为第一作者，深圳技术大学为第一作者单位、第一完成单位和第一通讯单位。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S138589472503894X

（3）双功能配体诱导择优晶体取向实现高效钙钛矿太阳能电池

针对钙钛矿太阳能电池（PSCs）中晶体取向随机、埋底界面接触不良导致非辐射复合严重、器件效率与稳定性受限的关键难题，提出了一种双功能配体调控策略。研究团队将2-（甲硫基）乙胺盐酸盐（METEAM）引入钙钛矿前驱体溶液，其含有的-H₃N⁺头部与S含尾部可实现双重功能。核心创新点在于METEAM能优先吸附于钙钛矿（100）晶面，通过强相互作用降低表面能，诱导（100）取向结晶，使（100）与（111）晶面强度比达51:1，取向度提升至91.7%；同时自发聚集于钙钛矿与SnO₂电子传输层的埋底界面，通过S-Sn、S-Pb相互作用双向钝化缺陷，改善界面接触。由此制备的钙钛矿薄膜陷阱态密度降低、载流子寿命延长至1426 ns、迁移率提升至109.7 cm² V⁻¹ s⁻¹，基于此的传统结构PSCs器件光电转换效率达26.1%（认证25.8%），处于同类传统结构器件领先水平，且运行稳定性与环境稳定性显著提升。该研究通过配体工程同步调控晶体取向与埋底界面，为PSCs效率突破提供了简洁高效的新路径，也为其他光电子器件的界面与结晶调控提供了借鉴。

该研究发表在国际顶级期刊Joule(影响因子为35.4)，题为“Bifunctional ligand-induced preferred crystal orientation enables highly efficient perovskite solar cells”。肖爽副教授为共同通讯作者，中国科学技术大学杨上峰教授、香港城市大学朱宗龙讲座教授为共同通讯作者。

论文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S2542435124003386

（4）自上而下诱导结晶取向实现高效p-i-n钙钛矿太阳能电池

针对倒置p-i-n钙钛矿太阳能电池（PVSCs）中晶体取向随机、缺陷密度高，导致器件效率与稳定性受限的关键难题，提出了一种自上而下的结晶取向调控策略。研究团队在退火前对钙钛矿湿膜进行氯化丙胺（PACl）后处理，通过PACl中的PA⁺离子与Cl⁻离子实现双重调控。核心创新点在于PA⁺离子优先吸附于钙钛矿（001）晶面，降低其解理能，诱导（001）取向主导的晶体生长，使（001）:（011）:（111）晶面强度比从5:2:3提升至20:2:1；同时Cl⁻离子渗透到钙钛矿体相，调控结晶过程并降低相转变温度，提升薄膜垂直与水平方向的均匀性，缓解晶格失配并减少缺陷。基于此制备的PVSCs器件冠军光电转换效率达25.07%，开路电压1.180 V，填充因子83.23%；且稳定性显著增强，未封装器件在模拟AM 1.5G光照下最大功率点运行1000 h仍保持95%初始效率，85℃热稳定性也大幅提升。该研究提供了一种简洁高效的钙钛矿结晶调控路径，深化了自上而下工程对晶体取向与薄膜质量的调控机理认知，为高性能PVSCs的制备提供了新范式。

该研究发表在国际顶级期刊Advanced Materials(影响因子为26.8)，题为“Top-Down Induced Crystallization Orientation toward Highly Efficient p-i-n Perovskite Solar Cells”。肖爽副教授为共同通讯作者，中国科学技术大学杨上峰教授、香港城市大学朱宗龙讲座教授、李博博士、吴鑫博士为共同通讯作者。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202313524

（5）混合阳离子表面调控实现高效钙钛矿/有机叠层太阳能电池

针对钙钛矿/有机叠层太阳能电池（POTSCs）中宽带隙钙钛矿子电池缺陷类型多、非辐射复合严重，导致开路电压（V_oc）损失大、器件效率受限的关键难题，提出了一种混合阳离子表面调控策略。研究团队采用4-三氟苯乙胺阳离子（CA⁺）与乙二胺阳离子（EA²⁺）组成混合钝化体系（CE），利用二者的协同互补效应实现缺陷全方位钝化。核心创新点在于CA⁺擅长钝化铅与卤素相关缺陷，EA²⁺对甲脒（FA）和铯（Cs）相关缺陷钝化效果显著，二者结合可全面降低电子与空穴陷阱密度，使非辐射复合速率从0.80 ns⁻¹降至0.11 ns⁻¹。基于此，1.85 eV宽带隙钙钛矿电池实现1.35 V的创纪录V_oc和83.29%的高填充因子，与四元有机异质结结合制备的POTSCs，光电转换效率达24.47%。同时，未封装器件在最大功率点跟踪或60℃热老化500 h后仍保持90%以上初始效率，稳定性优异。该研究为宽带隙钙钛矿的缺陷调控提供了新思路，证实了混合阳离子钝化体系的协同优势，不仅推动POTSCs效率与稳定性的双重突破，也为其他钙钛矿基光电子器件的性能优化提供了重要参考。

该研究发表在国际顶级期刊Advanced Materials(影响因子为26.8)，题为“Highly Efficient Perovskite/Organic Tandem Solar Cells Enabled by Mixed-Cation Surface Modulation”。肖爽副教授为共同通讯作者，中国科学技术大学杨上峰教授、香港城市大学朱宗龙讲座教授、吴鑫博士为共同通讯作者。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202305946

稿件来源：工程物理学院