近日，材料基因组工程研究院王生浩教授团队在化学气相沉积（CVD）法制备钙钛矿薄膜的研究中取得进展。该团队创新性地开发了一种基于固态添加剂辅助的CVD制备方法，实现了CsSnI3钙钛矿薄膜中缺陷的降低和薄膜空气稳定性的显著提升。相关成果以题为“Suppressed Defects and Improved Stability of All-inorganic CsSnI3Films by Solid Additive-assisted Chemical Vapor Deposition Process”的研究论文形式，发表于新能源和材料科学领域著名期刊《Small》（影响因子：13.0）。
CsSnI3钙钛矿材料因其理想的带隙（1.2-1.4 eV）、优异的热稳定性以及环境友好特性，被视为替代传统有毒Pb基钙钛矿的最佳候选材料之一。然而，该材料在实际应用中面临两大关键挑战：一是Sn2+在空气中极易被氧化，导致薄膜缺陷密度显著增加；二是环境暴露会引发光活性相向非光活性相的不可逆转变。化学气相沉积（CVD）技术凭借无溶剂、低真空、低成本及可规模化制备的优势，成为制备高质量CsSnI3薄膜的理想选择。目前，通过CVD技术制备的CsSnI3薄膜已表现出优异的结晶纯度和光致发光稳定性，但降低材料中的缺陷浓度以及提升其在大气环境中的长期稳定性仍是推动该材料走向实际应用的关键研究方向。
在本工作中，研究人员通过将固态添加剂置于CsSnI3前驱体和衬底之间，提出一种新颖的固态添加剂辅助的CVD制备方法。通过精确控制制备工艺条件，CsSnI3前驱体与添加剂均发生气化，随后这两种蒸气在氩气载气和温度梯度作用下定向输运至基底，并发生原位反应。固态添加剂中的C=O和N-H官能团与薄膜内部的Sn2+发生相互作用，延缓了Sn2+的氧化，从而使得薄膜中的Sn4+含量显著降低，对应地，Sn2+空位缺陷也得到了有效钝化，光学和电学特性进一步提升。此外，固态添加剂改性后样品的空气稳定性也有明显提升（见图１、图２）。本工作揭示的固态添加剂的官能团对Sn基钙钛矿缺陷钝化机制以及稳定性提升策略，对开发低成本钙钛矿固态添加剂体系具有重要的借鉴意义，同时为制备高质量Sn基钙钛矿材料以及开发高性能光电器件（如晶体管、发光二极管、太阳能电池、光电探测器）提供了重要的理论指导。
图1 SA-CVD制备过程、CsSnI3缺陷钝化机理及稳定性提升示意图
图２ 添加固态添加剂前后钙钛矿薄膜的光学（低温光致发光图）及电学特性（功函数变化）
上海大学为本文第一署名单位，上海大学材料基因组工程研究院李宏宇同学和叶超同学为共同第一作者，上海大学材料基因组工程研究院王生浩教授、上海高压科学与技术先进研究中心董洪亮研究员、上海交通大学溥渊未来技术学院戚亚冰教授为共同通讯作者。该工作获得了国家自然科学基金（12474072）、上海市东方学者、上海市科委青年科技启明星等项目的支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202412824