摘要：为了解决这些问题，北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松团队在Nature Synthesis期刊上发表了题为“Self-regulated facet stability during solution growth of perovskite crystals”的

金属卤化物钙钛矿的溶液生长已推动其在太阳能电池、发光二极管和探测器等领域的应用发展，然而其晶体生长机制仍不明确。

成果简介

为了解决这些问题，北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松团队在Nature Synthesis期刊上发表了题为“Self-regulated facet stability during solution growth of perovskite crystals”的最新论文。在本研究中，该团队采用显微光谱技术，原位研究了γ-丁内酯溶液中三碘化铅甲胺（MAPbI₃）单晶在固–液界面处由溶质向晶体的转化过程。通过建立前驱液的温度–带隙关系，研究者观察到晶体边缘1.5–4 μm范围内存在一个低温的界面区域，这被解释为颗粒吸热溶解所导致的现象。

这一较冷的界面区域充当了“保护层”的角色，阻止了具有随机取向的颗粒附着在晶面上，从而保持了晶体的晶面取向。该低温保护层由颗粒在晶化潜热驱动下的溶解过程，以及界面处单体浓度梯度所共同促成。一旦这一保护层受到破坏，晶体生长将变得无序，生成具有不规则晶面的多晶结构。

研究亮点

采用原（1）实验首次位显微光谱技术，研究了三碘化铅甲胺（MAPbI₃）单晶在γ-丁内酯溶液中的固–液界面处的溶质转化过程，揭示了晶体生长过程中温度与带隙之间的关系。

（2）实验通过建立温度–带隙关系，观察到晶体边缘1.5–4 μm范围内存在较冷的界面区域，解释为颗粒吸热溶解导致的现象。该冷区被认为是一个保护层，防止了具有随机取向的颗粒附着，维持了晶体的晶面取向。

（3）研究表明，低温界面保护层由晶化过程中潜热驱动的颗粒溶解与界面处单体浓度梯度共同形成。该保护层的破坏会导致晶体生长过程中出现不规则的晶面，生成多晶结构。

图文解读

图1:固溶体界面，不同晶体生长理论的示意图。

图2:原位显微吸收光谱系统。

图3:固溶体界面附近的温度分布测定。

图4:钙钛矿单晶生长中，保护层的潜在机制。

结论展望

本研究揭示了钙钛矿单晶生长过程中固–液界面的温度分布与晶体生长机制之间的关系，提供了对晶体质量控制的新思路。通过显微光谱技术，研究者发现固–液界面附近的低温保护层对于晶体的有序生长至关重要。这一保护层通过促进颗粒的溶解和单体的释放，避免了随机取向颗粒的附着，从而保持了晶体的晶面取向。该发现为进一步优化钙钛矿单晶生长提供了重要的理论依据，尤其是在添加剂调控的背景下。

研究表明，添加剂如DPSI能够有效抑制不受控制的成核并调控晶体生长速率，通过延缓单体的释放，减少了晶体中缺陷的形成。此外，本文提出的温度-带隙关系及其对晶体生长的影响，拓展了研究者对钙钛矿材料生长机理的理解，尤其是在溶液法生长体系中如何控制结晶过程和晶体质量。未来，基于这一原理，进一步探索其他溶液体系和添加剂的调控作用，将为钙钛矿材料的广泛应用提供更为可靠的技术支持。

文献信息

Shi, Z., Liu, H., Jiao, H. et al. Self-regulated facet stability during solution growth of perovskite crystals. Nat. Synth (2025). https://doi.org/10.1038/s44160-025-00786-8

来源：MS杨站长