铅基钙钛矿纳米晶相变缺陷诱导的暗态载流子高速迁移特性解析

有机-无机杂化钙钛矿凭借其的光物理特性，在光伏技术领域引发广泛关注。最新研究显示，该类材料制备的太阳能电池能量转换效率已突破26%，与高性能单晶硅电池处于同一技术梯队。值得注意的是，效率提升的关键路径聚焦于光生载流子寿命的延长与迁移能力的增强。当前主流策略通过表面工程化修饰和元素掺杂来抑制材料缺陷，但受限于晶格声子散射效应，此类方法对电荷迁移率的提升存在瓶颈。

这类钙钛矿材料的"软晶格"特性使其晶体结构呈现显著的温度敏感性。以经典材料CH3NH3PbI3为例，其室温稳定相为四方晶系，当温度降低时会发生向正交晶系的结构转变。在此相变过程中，单晶内部会形成正交相基体与四方相微区的异质结构。由于两相晶格参数差异导致的界面失配，会在晶体内部产生相变界面缺陷。通过精确的温度调控，可实现相变程度与缺陷密度的梯度化调控。突破性研究发现，此类相变缺陷对载流子动力学产生双重调控效应：一方面，部分载流子遵循浓度梯度扩散机制进行输运；另一方面，相变缺陷通过捕获-释放机制有效抑制载流子复合。与传统缺陷理论不同，实验观测到载流子在相变缺陷辅助下实现了1345.2 cm²V⁻¹s⁻¹的超高迁移率，较室温常态值提升达14倍。这种非辐射跃迁的量子隧穿传输机制，揭示了钙钛矿材料中新型载流子输运路径。

基于该发现构建的CH3NH3PbI3微晶光电探测器展现出显著性能突破，光电流密度实现300%的增幅。此项研究不仅革新了学界对钙钛矿载流子传输物理机制的理解，更为开发宽温域自适应光电器件提供了理论依据。通过精准调控相变工程，未来有望突破现有光伏材料的性能极限，推动新一代光电器件的创新发展。

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