Small Methods: 戈德施密特容差因子在形成A2BX6卤化物双钙钛矿中的作用和其最优范围

最近几年,卤化物钙钛矿成为光电器件领域研究热点。钙钛矿太阳能电池的能量转换效率已经达到了23.7%,钙钛矿LED外部量子效率达到了21.6%。目前,含铅的卤化物钙钛矿的毒性影响了器件整个生命周期,包括从生产到循环利用的所有阶段,寻找无铅或者低毒性的元素作为吸光材料是钙钛矿太阳能电池材料研究重要方向。在大量被研究的无铅钙钛矿中,锡基钙钛矿太阳能电池的效率能达到10%,但是锡钙钛矿极易被氧化,造成很难加工和较差的长时间稳定性。鉴于此,寻找没有上述限制的新型钙钛矿吸光材料激发了人们对具有双钙钛矿结构的A2BX6卤化物材料的极大兴趣。

图1. 晶体结构比较:a)“经典”ABX3钙钛矿,b)立方A2BX6双钙钛矿,c)无序A2BX6双钙钛矿。
图2. A2BX6通用结构图,虚线是双钙钛矿稳定区的近似边界。

具有有序空位的双钙钛矿是一种新型的无铅卤化物钙钛矿,具有广阔的光伏应用前景。近日,洛桑联邦理工学院Mohammad Khaja Nazeeruddin教授团队在Small Methods在线发表了题为“The Role of Goldschmidt’s Tolerance Factor in the Formation of A2BX6 Double Halide Perovskites and its Optimal Range”的文章。文章中收集并分析了170个已知A2BX6 (X = I, Br, Cl, F)晶体结构的数据,以解决戈德施密特容差因子(t)和八面体因子(µ)对双钙钛矿的适用性问题。结果表明,在模拟ABX3钙钛矿中,高施密特容差因子也适用于双钙钛矿结构。提出的最优戈德施密特因子范围能将几何构型从ABX3钙钛矿扩展到A2BX6双钙钛矿结构。这个研究结果预测存在796种新型全无机A2BX6双钙钛矿结构,对设计新型有机无机杂化双钙钛矿结构也具有重要指导意义。