Small Structures:金属卤素钙钛矿纳/微米线

近年来,金属卤化物钙钛矿因其优异的光电性能而成为最有潜力的光电器件材料之一。由于其具有的离子性质(在极性溶剂中具有高溶解度)、晶体形成能垒低(可在低温甚至室温下合成)、组分调控简单等特性,因而可以使用各种制备方法来制备具有可调带隙和不同形态(薄膜、纳米线、量子点、单晶晶片等)的钙钛矿以满足不同的应用需求。在这些形态中,钙钛矿纳/微米线良好的晶体结构、更少的晶界、更低的缺陷浓度、更长的光载流子寿命和直接的载流子传输使得其脱颖而出,有望成为下一代光电器件的构建模块。迄今为止,研究人员已经开发了各种方法(如模板法、化学气相沉积、溶液法等)来构建基于钙钛矿纳/微米线结构的光电器件(包括光电探测器、激光器、太阳能电池和发光二极管)。

苏州大学李亮课题组系统综述了钙钛矿纳/微米线的最新研究进展,总结强调了钙钛矿纳/微米线结构的特性和优势、合成策略以及光电器件方面的应用。在合成策略章节中,抽取了钙钛矿纳/微米线生长方向或形态重塑的关键(即引入适当的力)并以此进行了分类概括。在光电器件概括章节中,进一步总结并比较了不同类型钙钛矿纳/微米线器件的关键性能参数及取得相应优异性能的原因。

图1. 金属卤素钙钛矿纳/微米线的主要形貌结构和光电应用领域。

本文首先介绍了钙钛矿纳/微米线结构相比于钙钛矿薄膜结构结构具备的更优异的性质及原因,并从载流子动力学(光的捕获,载流子的分离和传输)等方面进行了论证解释。通常,从前驱体物质到最终的钙钛矿薄膜,不同的力会促使材料生长成不同的形状。钙钛矿纳/微米线的形成意味着优选的生长方向或形态重塑。因此,引入适当的力是纳/微米线生长的关键,不同层次的力同时会对纳/微米线最终的形貌和有序性产生决定性作用。作者们根据有序度不同将钙钛矿纳/微米线分成3类:1. 周期性有序,在严格的周期性阵列中,具有相同的方向和周期线间隙;2. 定向有序,具有相似的方向但间隙随机;3. 无序,具有随机的方向和分布。在此基础上作者们进一步分别回顾了不同钙钛矿纳/微米线结构的可以采用的制备策略(毛细管力辅助生长,空间限域增长,表面引导生长,定向力诱导生长,溶解重结晶等)。随后,作者们回顾了钙钛矿纳/微米线结构在光电探测器、激光器、太阳能电池和发光二极管的使用,总结并比较了不同类型钙钛矿纳/微米线器件的关键性能参数及取得相应优异性能的原因。最后,作者们阐述了目前钙钛矿纳/微米线制备及应用过程中依旧存在的问题,并提出了可能的解决策略以及未来的发展方向。

Metal Halide Perovskite Nano/Microwires

Meng Wang, Fengren Cao*, Liang Li*

Small Structures

DOI: 10.1002/sstr.202100165

原文链接:https://doi.org/10.1002/sstr.202100165