金屬鹵化物鈣鈦礦
關注創建者：匿名 創建時間：2021-10-29
金屬鹵化物鈣鈦礦的實例教程
【前言】
金屬鹵化物鈣鈦礦由于其優異的缺陷容限、低成本的溶液處理和可調諧的可見光譜發射而迅速推動了光電器件領域的發展。對于照明應用，來自單個發射器層的白色發射引人關注，因為它簡化了器件結構，避免了在混合和多個發射器中看到的自吸收和顏色不穩定性。寬帶和白光發射通常源自存在于具有局域載流子和軟晶格的半導體中的自俘獲激子(STEs)。盡管雜化金屬鹵化物鈣鈦礦，特別是那些具有低維晶體結構的鈣鈦礦，作為寬帶發射材料受到了相當大的關注，但它們很少能夠達到高的PLQY。
【成果簡介】
今日，來自美國托萊多大學的鄢炎發教授 與華中科技大學的唐江教授（共同通訊）聯合在Nature發表文章，題為“Efficient and stable emission of warm-white light from lead-free halide double perovskites”。作者報道了一種無鉛雙鈣鈦礦，它通過自俘獲激子表現出高效穩定的白光發射，這些激子源自處于激發態的AgCl6八面體的Jahn-Teller畸變。將鈉離子摻雜到Cs2AgInCl6中，作者通過操縱自俘獲激子波函數的奇偶性來打破暗躍遷，并降低半導體的電子維數。這導致光致發光效率比純Cs2AgInCl6提高了三個數量級。含0.04%鉍摻雜的最佳合金Cs2(Ag0.60Na0.40)InCl6發出86.5 %量子效率的暖白光，工作時間超過1000小時。作者預計這些結果將刺激對用于下一代照明和顯示技術的基于單發射器的白光發光磷光體和二極管的研究。
展開 [MX6]（M=金屬陽離子，X=鹵化物陰離子）被認為是金屬鹵化物鈣鈦礦的基本功能單元。
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金屬鹵化物鈣鈦礦最近成為太陽能發電的一類令人興奮的新型半導體，其器件效率目前與商用硅電池的效率相當。到目前為止，單結器件的最高功率轉換效率（PCE）依賴于鉛基鈣鈦礦的優異性能，其具有很強的吸收能力，較長的電荷載流子壽命和擴散長度，和高缺陷容限。然而，鹵化鉛鈣鈦礦可達到的最低帶隙約為1.5eV，單結器件的最大理論效率需要1.3 eV。加上對可溶形式鉛毒性的關注，這些問題導致了對替代金屬鹵化物半導體的研究增加。目前，解決這些問題最有希望的材料是混合金屬錫，其中A位通常由甲脒（FA+）、甲基銨（MA+）、銫（Cs+）或其混合物占據，x位主要由碘化物占據（以實現最低帶隙），但也有報道稱含有溴。如最近綜述所述。與鈣鈦礦硅串聯電池相比，這種器件結合了多種結構的增強效率、更低的加工溫度和更高的成分可調性。
Sn基鹵化鉛鈣鈦礦在光伏器件中有著明顯的優勢，對其潛在光電特性的認識仍在不斷涌現。
展開 【 引言】
金屬鹵化物鈣鈦礦是近幾年來發展起來的一類具有良好磁、電和光學性能的重要材料，并在太陽能電池、發光二極管（LED）、激光器、光催化等方面得到廣泛應用。尤其在太陽能電池領域，短短幾年內，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率從最初的3.8%達到23.3%，與商業化的晶硅太陽能電池相當，在2013年被Science評為“十大科學進展之一”。
與鈣鈦礦太陽能電池相比較，發光二極管的研究進展較緩慢，在過去3年中，鈣鈦礦型LED的外部量子效率（EQE）從0.0125%提高到10%以上，在近紅外和綠光區域EQE最高分可達12% 和14%，器件顏色純、亮度高、遷移率高。目前鈣鈦礦LED發展存在的挑戰主要是：需要進一步提高器件效率，以期超過有機發光二極管（OLED）和無機量子點LED（QLED）；器件穩定性問題亟待解決。
【 成果簡介】
近日，加拿大多倫多大學教授Edward H. Sargent（通訊作者）等人從金屬鹵化物鈣鈦礦的類別（雜化鈣鈦礦、低維鈣鈦礦、鈣鈦礦納米晶）、鈣鈦礦發光的光物理過程、改善鈣鈦礦發光的策略、鈣鈦礦LED面臨的挑戰四個方面綜述了當前鈣鈦礦發光領域的研究進展，建立了材料特性、光物理和光譜特性與器件性能之間的聯系，并對基于鈣鈦礦LED的制備技術進行了展望。相關成果以題為“Perovskites for Light Emission”發表在Adv. Mater. 上。
展開 到目前為止，鈣鈦礦型太陽能電池(PSC)在過去十年中取得了前所未有的進步，經認證的功率轉換效率(PCE)高達25.5%，這代表著未來光伏器件的一個有前途的方案。金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有帶隙可調、吸收系數高、載流子遷移率高、電荷擴散長度長等一系列突出特點，加上材料成本低廉、制備工藝簡單，因此PSCs得到快速發展。然而，窗口電極的環境穩定性差和制造成本高是阻礙其商業化的瓶頸。
來自英國薩里大學、中科院金屬所等單位的研究人員，介紹了一種解決這些瓶頸的策略，通過一種簡單的轉移技術用單壁碳納米管(SWCNTs)薄膜取代昂貴的銦錫氧化物(ITO)窗口電極，這種薄膜由富含地球的元素組成，具有優異的化學和環境穩定性。得到的器件在剛性襯底上的PCE為19%，這是迄今為止報道的不含ITO的PSC的最高值。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202104396
單壁碳納米管的簡易方法還可以應用于柔性PSC(f-PSC)，由于單壁碳納米管具有優異的機械性能，提供了約18%的PCE值，與基于ITO基的同類產品相比具有卓越的機
械穩健性。
基于單壁碳納米管的PSCs在大面積(本工作中為1cm
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有效面積)上也表現出令人滿意的性能。
此外
，這些基于單壁碳納米管的PSC在暴露在空氣中超過700h后可以保持原始PCE的80%以上，而基于ITO的器件僅保持初始PCE的60%。
這項工作為加快無ITO PSCs的商業化進程、降低材料成本和延長使用壽命鋪平了一條充滿希望的道路。
總之，本文已經通過簡單的干轉移技術在剛性和柔性基板上制備了高效的無 ITO PSC，其中小束 SWCNT 薄膜作為窗口電極。
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然而，由金屬鹵化物鈣鈦礦材料制成的鈣鈦礦太陽能電池，可能成本更低、更高效?，F在，鈣鈦礦型太陽能電池在效率方面，可與更成熟的硅基太陽能電池相媲美。關鍵挑戰在于，這種電池存在化學不穩定性。鈣鈦礦材料對水分、氧氣甚至光線都非常敏感，在空氣中會迅速降解。
一種甲脒鈣鈦礦（formamidinium perovskite）材料有助于解決這一問題。
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金屬鹵化物鈣鈦礦
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金屬鹵化物鈣鈦礦最近成為太陽能發電的一類令人興奮的新型半導體
最近，金屬鹵化物鈣鈦礦（APbX3，A是一價陽離子（例如，Cs+、CH3NH3+（MA）或CH(NH2)2+（FA）），X是鹵化物陰離子（Cl、Br或I））被視為下一代發光應用的有希望的候選者。由于[PbX6]4-八面體確定的帶邊狀態的獨特反鍵軌道，金屬鹵化物鈣鈦礦通過成分工程具有可調帶隙和發射波長（從近紅外到紫光）。
通過將鹵化物鈣鈦礦中的金屬鹵化物離子八面體表示為超級離子/原子，可以將鹵化物鈣鈦礦描述為由選定陽離子平衡的擴展離子八面體網絡（離子）電荷。
化石能源的加速消耗、能源需求的不斷增長以及環境污染的日趨嚴重正在迫使人們去探索和使用清潔的可再生能源。在眾多的可再生能源中，太陽能由于取之不盡、分布廣泛且清潔無污染等優點而廣受關注。在太陽能的利用中，通過半導體材料的光生伏打效應將光能直接轉換成電能的太陽能電池是太陽能利用的重要形式。其中，第三代太陽能電池技術，特別是有機太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池
金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有帶隙可調、吸收系數高、載流子遷移率高、電荷擴散長度長等一系列突出特點，加上材料成本低廉、制備工藝簡單，因此PSCs得到快速發展。然而，窗口電極的環境穩定性差和制造成本高是阻礙其商業化的瓶頸。
因此，不含揮發性有機成分的全無機金屬鹵化物鈣鈦礦有望在保持出色的熱穩定性的前提下，實現高效率。
溶液處理的有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦因其優異的光電性能而受到廣泛關注
這項工作展示了一個令人鼓舞的案例，即利用金屬鹵化物鈣鈦礦的獨特熱相關特性。還為設計高效的光聲換能器提供了范例，并使該技術更接近實際應用，包括生物醫學成像、治療消融和大腦調制。（文：無計）
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。
