准二维（以下简称2D）钙钛矿是当前提升钙钛矿器件稳定性的重要候选材料，近年来吸引了大量研究者的关注。然而高结晶度、大尺寸晶粒天然倾向于形成多面体形状，导致晶粒之间易形成针孔及界面接触处易形成不规则孔洞与缺陷。尤其对于准2D钙钛矿朝下生长过程中，由于类3D钙钛矿的模板效应，其 [111]（或/和[101]）晶列平行于生长方向，同时以<100>为主的晶面暴露在外形成与生长方向成45°夹角、具有齿形特征的晶体生长前沿，这导致薄膜底部界面接触处形成许多不规则形状的纳米孔洞，严重影响太阳电池效率及其器件的长期稳定性。针对钙钛矿薄膜底部界面开展研究非常有必要。
近日，中南大学袁永波团队通过改变准2D钙钛矿前驱液中原材料投放方式（如将丁胺（BA）与碘甲胺（MAI）双组份替代单一的丁胺碘化盐（BAI），见下面反应式1和2的对比）引入原位置换反应，利用置换产生甲胺（MA）气体开原位修复准2D钙钛矿薄膜中埋底孔洞与缺陷。
相比于典型足量MA气体后处理方法，自生MA气体方法可在保留薄膜原有组分的前提下获得取向垂直的大尺寸晶粒。研究提出对MA气体挥发过程实行精细管控的观点，使MA气体总量低于薄膜全液化的临界值（MA/Pb2+>3）有利于防止固态钙钛矿薄膜的全部液化，并避免在随后的去溶剂过程中大量自发匀质形核导致的小晶粒，而这是决定薄膜形貌特征的关键。在自生MA气体方法中，由于MA气体总量远小于薄膜全液化临界值（MA/Pb2+~0.5，由投料比所控制），可使薄膜在干膜过程中进入并平稳处于“区域液化”状态。随着后期MA气体挥发减少，薄膜从“区域液化”状态重新开始结晶，已有的晶粒引导新生晶相定向高质量生长，最终在修复埋底界面的同时保留了薄膜原有组分和晶粒尺寸（如下图）。
本研究开发的方法对多种基底及不同RP型准2D钙钛矿均适用，为调控薄膜微观形貌提供了一种新策略。相关研究成果发表在《ACS Energy Letters》上（DOI:10.1021/acsenergylett.1c01771）。中南大学王继飞博士、罗师强博士和博士生唐湘兰为共同第一作者，袁永波教授为通讯作者。