文章导读
钙钛矿材料为何既高效又脆弱？南京大学邹志刚、王冰团队最新综述揭秘其“双刃剑”本质——点缺陷如何左右载流子行为与材料稳定性。系统解析缺陷形成能、缺陷容忍度、离子迁移等关键机制，颠覆传统认知。更前瞻性提出：用时间分辨太赫兹光谱追踪晶格振动，实现理论与实验的直接对话。这项发表于Nature Reviews Physics的成果，不仅为缺陷调控提供全新设计指南，更指向下一代高稳定性光电器件的破局之路。
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近日，南京大学邹志刚院士、王冰助理教授在半导体材料缺陷物理研究领域取得重要进展，系统阐述金属卤化物钙钛矿中点缺陷对载流子动力学和离子行为的影响。
金属卤化物钙钛矿因具有优异的光电性质而在太阳能电池、发光二极管等光电器件中展现出巨大的应用潜力。然而，其商业化的一个重要瓶颈在于材料的长期稳定性。材料内部的缺陷，尤其是原子尺度的点缺陷，是影响器件性能和稳定性的关键因素。这些点缺陷既允许了较低的载流子复合几率，又担任相变、降解等离子相关行为的起点。因此，如何调控点缺陷是提升钙钛矿器件性能和稳定性的重要研究课题。近年来，得益于含时密度泛函理论、非绝热分子动力学、超快光谱等技术的发展应用，点缺陷的具体作用得到了揭示。
该综述系统地总结了点缺陷的形成能与缺陷能级，点缺陷对载流子复合几率和热载流子冷却速率的影响（图1），如何从点缺陷的角度解释钙钛矿材料的缺陷容忍度（图2），点缺陷如何诱发离子迁移、相变、降解和相分离等现象（图3）。此外，该综述也介绍了几种研究半导体材料点缺陷的实验方法。
图1 金属卤化物钙钛矿中的点缺陷及其对载流子动力学的影响
图2 对缺陷容忍度的理解
图3 点缺陷诱导的离子迁移
该综述并未止步于理论总结，而是前瞻性地指明了未来跨越理论与实验鸿沟的革命性方向：提出利用时间分辨太赫兹光谱等先进实验技术来追踪晶格振动，从而直接验证电子-声子耦合等关键理论预测；倡导发展超快光激发-电信号探测等多模态联用方法，以弥合基础研究与器件应用之间的差距。这项工作为从原子尺度“按需设计” 缺陷构型、从而同步优化钙钛矿材料的性能与稳定性提供了全新的理论视角与设计指南。
该项成果对凝聚态物理和材料科学的基础研究具有重要推动作用，更为设计下一代高性能、高稳定性、长寿命的光电器件提供了坚实的理论依据和创新思路，对我国在新能源等战略新兴产业的技术发展具有积极意义。
该综述论文以“Point defects in metal halide perovskites”为题发表于Nature Reviews Physics。南京大学物理学院博士生许诺为论文第一作者。通讯作者包括南京大学物理学院王冰助理教授和浙大宁波理工钟宇飞教授。南京大学邹志刚院士对该工作进行指导。该工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金的资助。
论文链接：
Xu, N., Qi, X., Shen, Z. et al. Point defects in metal halide perovskites. Nat Rev Phys (2025).https://doi.org/10.1038/s42254-025-00861-1
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