北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室极端光学创新研究团队王树峰副教授和龚旗煌院士等在钙钛矿表面缺陷动力学研究中取得重要进展：利用飞秒时间分辨光电子显微镜，实现对单晶钙钛矿CsPbBr₃体相浅能级缺陷态和表面深能级缺陷态的时空分辨动力学观测。相关研究成果在线发表于纳米领域重要期刊《纳米快报》上。（Nano Letters，DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00014）

金属卤化物钙钛矿具有众多优良的光电特性，近年来广泛应用于太阳能电池、纳米激光器、光电探测器等光电器件的研究。尽管钙钛矿光伏器件的光电转换效率已经达到25.5%，但是与理论极限仍然存在差距。众多研究表明，缺陷态控制是提高钙钛矿光电器件性能的重要方法，对钙钛矿材料中缺陷态的研究有利于器件的进一步优化与设计。

图1.时间分辨光电子显微系统。

实验上，研究团队利用研制的飞秒时间分辨光电子显微系统（fs-PEEM），对无机钙钛矿CsPbBr₃晶片进行时空特性研究（图1）。光电子成像系统可以探测超快时间，超小空间和能量分辨三个维度的信息。根据缺陷态对光电子波长的选择性，可明确识别出晶片内部局域的结构缺陷，以及晶体表面均匀分布的浅层缺陷。能量谱（图2a、b）显示了体内结构缺陷属于浅能级缺陷，而广泛存在于表面的则属于深能级缺陷。时间分辨表面光电子动力学的结果（图2c、d）则表明钙钛矿表面动力学由表面的特性控制，而内部结构缺陷对动力学（图2e、f）则几乎没有影响，即钙钛矿对结构的缺陷具有高容忍性。

时间分辨能量谱（图3）则进一步揭示了处于高激发态的电子以皮秒尺度转移至表面缺陷态并被束缚，缺陷态的动力学占据了表面电子弛豫的主要部分，导带自由电子的衰减在表面只占有很小的比例。这种动力学特性是钙钛矿表面动力学的主要特征，均匀地分布在整个钙钛矿表面。这表明了钙制约钙钛矿性能的主要因素是材料表面的深能级缺陷，进行表面缺陷钝化对钙钛矿材料器件器件性能提升具有重要意义。

论文第一作者为物理学院博士生刘伟，主要合作者有北京大学物理学院戴伦教授、吕国伟研究员等。研究工作得到了国家自然科学基金重大科研仪器设备研制专项及国家重点研发计划等项目的支持。

图2.CsPbBr₃单晶光电子成像空间分辨、能谱分辨与时间分辨结果。

图3. CsPbBr₃表面光电子能谱动力学分析。