极端环境下金属卤化物钙钛矿原子尺度结构演化的可视化研究

《Materials Today Physics》：Atomic-scale visualization of structural evolution in metal halide perovskites under extreme environment

本文通过聚焦离子束（FIB）/透射电子显微镜（TEM）技术，首次在原子尺度揭示了甲脒（FA）基和甲胺（MA）基钙钛矿薄膜在Ga离子辐照、热循环及紫外（UV）照射等极端条件下的结构演化规律。研究发现两种薄膜均出现相变、降解及表面Pb富集层（FA基约100 nm，MA基约150 nm）等现象，并通过光致发光（PL）图谱证实了光电性能的衰减。该研究为揭示钙钛矿光伏材料的不稳定性机制提供了关键实验依据。

　　

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基于FIB/TEM的纳米结构表征

样品制备与表征采用赛默飞Helios G4 CX聚焦离子束（FIB）/扫描电子显微镜（SEM）双束系统和Talos F200透射电子显微镜（TEM）完成。如图1所示，首先在目标区域沉积碳保护层（图1a），随后采用高强度离子束刻蚀保护层下方周围材料，制备出长10 μm、高4 μm、厚度约100 nm的微米片，最终通过原位探针将微米片转移至铜网进行原子尺度观测。

结论

总而言之，本研究通过先进FIB/TEM技术可视化揭示了FA基与MA基金属卤化物钙钛矿在Ga离子辐照、热循环及紫外（UV）照射等多种极端条件下的原子尺度结构演化。在2 kV/39 pA/90 s的Ga离子辐照下，FA基薄膜部分晶粒从α相转变为δ相，同时两种薄膜均出现PbI₂生成。热循环后，FA基与MA基薄膜表面均形成Pb富集层（厚度分别约100 nm和150 nm），且紫外暴露诱发FA基薄膜表面产生莫尔条纹和晶粒细化现象。这些发现为理解钙钛矿光电器件在极端环境下的失效机制提供了关键结构证据。