金属卤素钙钛矿的可控合成

自2009年作为吸收层应用于太阳能电池以来,金属卤素钙钛矿开始受到研究者的广泛关注。其表现出的一系列优异光电特性,如强的光吸收、长的载流子迁移长度和寿命、高的光致发光量子产率,使之成为了太阳能电池、发光二极管、光电检测器等光电器件的新一代“宠儿”。然而,要想进一步提升其器件性能,则需要合成具有特定性质的钙钛矿,而其所表现的性质与晶体结构和化学组分均具有密切的关系。

因此,通过可控地制备具有特定结构或者特定组分的晶体,我们可以直接获得性质可控的金属卤素钙钛矿材料,促进其实际应用。基于量子限域效应,降低钙钛矿的维度有助于载流子的分离,改变其光学吸收、带隙及光致发光特性;增大钙钛矿单晶的尺寸则有助于集成电路与器件构筑。可控的改变钙钛矿化学组分也可以调节其光电性质。其中,合金化钙钛矿可改变带隙、降低毒性、提升稳定性;而掺杂不同组分可改变钙钛矿形貌、带隙、电学性能及光致发光;控制钙钛矿空位可抑制其分解与非辐射重组,调节其电荷传输过程。将性质调控策略直接集成于钙钛矿的合成中,能够极大的提高特定钙钛矿晶体的制备效率,为其工业化应用打下坚实的基础。

武汉大学付磊教授研究团队(先进纳米材料实验室,LAN)发表综述系统地总结和探讨了金属卤素钙钛矿可控合成领域的近期进展,并对其面临的机遇和挑战进行了展望。文章首先综述了维度调控策略,通过制备厚度可控的晶体、制备钙钛矿纳米结构等,改变晶体的能带结构,进而实现其光电性质的调控。然后,文章还介绍了化学组分调控策略。利用合金化、掺杂、空位控制等手段,有效地调节钙钛矿的电子性质,并调节其光学和电学性质。最后,文章对近期进展进行了总结以及展望,提出了一些亟需解决的问题,例如普遍存在于钙钛矿材料的毒性和不稳定性等。

该综述文章以”Integrating Properties Modification in the Synthesis of Metal Halide Perovskites”为题发表于Advanced Materials Technologies(DOI:10.1002/admt.201800321)上。