Solar RRL: 低维金属卤化物钙钛矿在光电领域的研究进展及前景

近些年来,三维有机无机金属卤化物钙钛矿材料因其在光电领域上的成功应用引起了科研界和工业界的广泛关注。特别是在光伏领域上,基于该材料的太阳能电池的光电转换效率在短短几年之内迅速地从3.8%飙升到超过23%,取得了令人瞩目的发展。相比造价昂贵的传统晶体硅或三五族半导体材料,三维卤化物钙钛矿材料不仅价格低廉,而且具有与传统半导体材料相匹敌的优越光电性能。然而,由于三维卤化物钙钛矿材料的长期稳定性相对较差,同时其所包含的铅原料具有毒性,该材料的进一步产业化应用受到了限制。基于微观晶体结构的不同,庞大的金属卤化物钙钛矿家族可被分为三维卤化物钙钛矿、二维卤化物钙钛矿、一维卤化物钙钛矿以及零维卤化物钙钛矿材料。与易降解的三维卤化物钙钛矿材料相比较,低维卤化物钙钛矿材料能在相对更苛刻的条件下保持长期稳定性,并可以使用毒性较低的其他金属原料代替有毒的铅原料,从而能大大改善卤化物钙钛矿材料的稳定性和毒性问题。迄今为止,一系列的低维卤化物钙钛矿材料及其衍生物已被报道和研究,并已被证明能成功地应用在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、数据存储设备等多个研究领域中。

近期,澳大利亚昆士兰大学的王连洲教授研究团队在Solar RRL 上发表了题为 “Progress and perspective in low-dimensional metal halide perovskites for optoelectronic applications”的综述论文。文章第一作者为陈鹏博士,通讯作者为白杨博士和王连洲教授。该综述全面而系统地总结了目前低维卤化物钙钛矿材料应用于各光电领域上的研究进展。一方面,由于低维卤化物钙钛矿材料通常采用长链的有机基团,所以这一类材料通常具有疏水特性,并能耐受相对较高温度,从而大大提升了该材料的湿度和热稳定性。另一方面,一些不含铅的低毒性低维钙钛矿及衍生物如锡基,铋基和铜基材料也已在各光电领域上崭露头角。由于低维卤化物钙钛矿的化学组分和晶体结构可调,该类材料不仅能在光电领域中展现出优异的性能,同时有望应用于更广阔的研究领域如锂离子电池,超级电容器等。通过对材料性能和器件工作原理的进一步系统研究,稳定和无毒的低维卤化物钙钛矿材料有望克服三维卤化物钙钛矿材料现存的研究难点,为卤化物钙钛矿材料的进一步商业化应用提供一个潜在的解决方案。

该综述文章发表在Solar RRL (DOI: 10.1002/solr.201700186)上。

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