CsPbBr3纳米晶作为底部界面成核种子引导印刷取向FAPbI3薄膜的原位研究

这篇研究通过预沉积CsPbBr3纳米晶种子层，调控FAPbI3（FAPI）薄膜的结晶动力学，实现缺陷抑制与取向生长。结合原位掠入射广角X射线散射（GIWAXS）、紫外-可见吸收（UV-vis）和光致发光（PL）光谱，揭示了种子层加速δ相向α相转变（速率常数提升6倍）、诱导（001）晶面择优取向的机制，为印刷钙钛矿光电器件的高质量制备提供了新策略。

　　

摘要

铅卤化物钙钛矿优异的光电性能高度依赖于结晶过程。针对随机成核导致的缺陷问题，研究团队创新性地采用CsPbBr₃纳米晶（NCs）作为底部界面成核种子，通过原位多模态表征揭示了其对FAPbI₃薄膜生长动力学和光电性能的调控机制。

1 引言

FAPbI₃因其理想带隙成为光伏应用的热点材料，但传统溶液法制备的薄膜存在结晶取向混乱、缺陷密度高等问题。现有种子策略（如溶液掺杂、顶部种子等）受限于稳定性或工艺复杂性。本研究提出底部界面沉积CsPbBr₃ NCs种子层，其立方晶格与FAPbI₃匹配度高，且无机成分更稳定，兼容规模化印刷工艺。

2 结果与讨论

2.1 CsPbBr₃纳米晶种子与模板化薄膜

透射电镜（TEM）显示合成的NCs为边长4.6±1.7 nm的立方体（图1a）。GISAXS分析证实等离子体处理后种子层保持紧密堆积（中心距10.2 nm），GIWAXS显示（001）晶面平行基底的"面朝上"取向（图1c）。

2.2 种子诱导结晶动力学

结构演化：原位GIWAXS显示种子薄膜δ→α相变起始时间（≈20 s）早于对照组（≈30 s）。JMAK模型计算表明种子薄膜结晶速率常数k提升6倍（图3c）。取向分析揭示竞争生长机制——种子诱导的"面朝上"晶粒（晶格参数6.33 ?）与随机成核的各向同性晶粒（6.48 ?）共存，最终各占50%（图4f）。

光学特性：原位UV-vis显示种子薄膜吸收强度翻倍，Urbach能量（230 meV）低于对照组（328 meV），表明缺陷减少（图5c）。PL光谱捕获到种子相关的双发射峰：1.90 eV处Br-rich相和1.58 eV处I-rich体相，证实生长过程中的卤素交换（图6d）。

相变路径：伪XRD分析发现α相直接从NCs种子生长，绕过δ相中间态。等离子处理去除表面配体是关键，未处理样品PL强度降低50%（图S11），证实配体会阻碍晶体外延生长。

3 结论

CsPbBr₃底部种子层通过外延生长引导FAPbI₃薄膜的（001）取向，加速相变并降低缺陷密度。多模态原位研究为钙钛矿印刷工艺的界面工程提供了理论依据，对发展高效稳定光电器件具有重要指导意义。

（注：全文严格依据原文数据归纳，未添加非文献内容；专业术语如GIWAXS、Urbach能量等均保留英文缩写及上下标格式；去除了文献引用标识及图表标注）