英文原题：Is Iodine Interstitial a Recombination Center in FAPbI₃? Effects of Temperature Revisited

通讯作者：李震宇，中国科学技术大学

作者：Wenjun Chu (褚文君)

研究背景：

有机–无机杂化钙钛矿因其优异的光吸收能力和长载流子寿命，在高效太阳能电池中展现出巨大潜力。然而，材料中普遍存在的本征缺陷被认为会引入深能级态，从而加速非辐射复合并限制器件效率。其中，碘填隙（I_i）由于形成能低、浓度高，长期以来被视为 FAPbI₃中最重要的复合中心之一。之前支持这一结论的理论研究大都基于零温静态计算，对缺陷在有限温度和真实热涨落条件下的电子结构与载流子动力学行为仍缺乏系统认识。

图1. 本征及含碘填隙缺陷的 FAPbI₃体系在不同应变下的原子结构及其对应的投影态密度

内容介绍：

近日，中国科学技术大学李震宇团队在 Precision Chemistry上发表研究论文，系统考察了温度与应变对 FAPbI₃中碘填隙缺陷电子结构及非辐射复合动力学的影响。研究结合从头算分子动力学（AIMD）与非绝热分子动力学（NAMD），在有限温度下显式采样结构涨落，突破了传统静态缺陷模型的局限。研究发现：在 0 K 条件下位于带隙中的碘填隙缺陷态，在 300 K 时会由于 I–I 二聚体解离而下移并入价带，从而不再是有效的深能级复合中心。

图2. 300 K下本征及含缺陷体系带边电子态随时间的演化，通过颜色映射揭示了碘填隙缺陷态在室温下与价带发生强烈杂化并沉入价带顶以下的动力学行为

进一步的非绝热动力学模拟显示，尽管碘填隙在室温下不再引入带隙态，其引起的结构畸变仍会增强电子–声子耦合，从而缩短载流子寿命。然而，当施加拉伸应变时，导带底态发生局域化，非绝热耦合显著减弱，载流子寿命反而被大幅延长，甚至超过本征无缺陷体系。这就解释了之前实验观测到的光致晶格膨胀提升钙钛矿太阳能电池效率的现象。

图3. 本征及含缺陷体系：(a) 非辐射复合动力学、(b) 纯退相干函数、(c) 原子位置标准偏差及(d) 谱密度

总结/展望：

李震宇团队基于有限温度动力学角度重新审视了钙钛矿中碘填隙缺陷的物理图像，揭示了其复合效应对温度和晶格应变的敏感性。研究不仅为光致晶格膨胀提升钙钛矿太阳能电池效率提供了清晰的微观机制，也强调了在研究软晶格半导体缺陷问题时考虑温度效应的重要性。该成果为缺陷工程与应变调控协同优化钙钛矿光电性能提供了新的理论依据，对下一代高效率、长寿命钙钛矿器件的设计具有重要参考价值。

Cite this: Chu, W.; Li, Z. Is Iodine Interstitial a Recombination Center in FAPbI ₃ ? Effects of Temperature Revisited. Precision Chemistry 2025. https://doi.org/10.1021/prechem.5c00109

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