如何用仪器正确分析钙钛矿光伏器件的缺陷态

钙钛矿作为一种软性离子晶体，通常通过溶液旋涂法制备，存在多晶晶界分布。其缺陷主要包括晶格、界面和表面缺陷。这些缺陷不仅会捕获光生载流子，降低器件的光电转化效率，还会为水和氧的侵蚀提供通道。此外，在光、热和机械力的作用下，缺陷会导致应力分布不均，进而引发结构崩解，尤其在长期应力作用下。因此，准确分析钙钛矿光伏器件中的缺陷态对提升其效率和稳定性至关重要。当前常用的缺陷态表征方法如下：

理论计算缺陷形成能

许多研究通过理论计算钙钛矿的本征缺陷（如碘空位、铅空位、有机阳离子空位、铅碘反位缺陷）的形成能，并考察添加剂（如有机小分子、聚合物、离子液体、二维钙钛矿等）对缺陷形成能的影响。这类计算为筛选高效钝化分子提供了依据，部分研究还利用机器学习进行优化。计算可基于钝化分子与钙钛矿组分的简化模型，或采用钝化分子与钙钛矿晶胞的详细计算，后者更为精确。

空间电荷限制电流法 (SCLC)

通过SCLC方法，利用单载流子器件（如ITO/PEDOT/PVK/Au，ITO/SnO2/PVK/PC61BM/Ag等）进行IV测试，可以定量获得钙钛矿光伏器件的缺陷态密度（通常为10¹³-10¹⁷ cm^-3）。但由于不同研究组采用的器件结构不同，该方法的结果仅适用于内部比较，缺乏统一的对比标准。

热导纳谱表征

热导纳谱可直接表征器件中的深能级缺陷（如碘空位）和潜能级缺陷（如反位缺陷），并部分定量评估缺陷态的密度和分布。

荧光表征技术

利用荧光技术可直观分析钙钛矿薄膜中的缺陷，表现为稳态PL强度增强、PL峰值蓝移、瞬态PL寿命延长，均表明非辐射复合减少、缺陷态降低。通过PL强度和PL寿命的映射，可以定性分析缺陷分布。此外，激光共聚焦技术（包括双光子激光共聚焦）可进一步揭示缺陷的来源和分布。

光热偏转光谱 (PDS)

PDS技术能够在室温下直接测量钙钛矿薄膜的缺陷能级分布，相较于其他方法，操作简便。结合物理模型，PDS可定量分析深能级和浅能级缺陷，且能够直观量化带尾无序度。

总结来说，利用上述技术分析钙钛矿的缺陷态，可为合理设计和筛选高效钝化分子提供重要参考。