導讀：本文總結了無鉛鹵化物雙鈣鈦礦（HDPs）在晶體結構、物理性能和光電應用方面的最新進展，如太陽能電池、光電探測器、X射線探測器和發光二極管等。討論了提高現有HDPs材料物理和光電性能的方法，有利於今後開發新型無鉛HDPs材料。
有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦（最顯著的是CH3NH3PbI3）在光伏和光電領域的應用中表現出了顯著的物理特性。然而化學成分中含有鉛元素，它的毒性問題促使人們進一步探索新型的無毒材料。無鉛HDPs是由其它無毒候選元素的合理化學替代Pb2+離子與而設計的，是近年來發展起來的一種替代Pb基的材料。來自中國科學院福建物質結構研究所的團隊針對該材料完成了一篇綜述。相關論文以題為“Recent Advances and Optoelectronic Applications of Lead-Free HalideDouble Perovskites”發表在Chemistry - A European Journal。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/chem.202000788
本文綜述了HDPs的結構特點、基本光物理性質以及影響器件性能的因素。以太陽能電池為例，其工作特性在很大程度上依賴於吸收層的帶隙特性，因此必須對光學帶隙進行優化。為了提高無鉛HDPs的綜合性能，需要進行更多的理論和實驗研究，如提高薄膜質量或摻雜以實現間接到直接的帶隙轉換以及優化抑制缺陷的條件等。有機-無機HDPs的成功實現，將鉛基材料優異的光物理性能與環境穩定性和無毒性結合起來，無疑將在光電器件領域取得重大突破。今後的工作應進一步集中於通過化學改性來改善現有HDPs的光電性能。同時，迫切需要新的設計策略來合成具有新型的物理和光電特性的HDPs。
摘要圖
大量的HDPs材料具有優異的物理和光電性能，如高的缺陷容限、環境穩定性和可調的帶隙等，但對其潛在應用的研究還遠遠落後於鉛基鈣鈦礦雜化材料，因為它們的結構和物理性質仍然不清楚。只有少數HDPs，如Cs2AgBiBr6和Cs2AgInBr6，被用於各種光電器件。HDPs目前的研究重點是其在太陽能電池、LEDs、X射線探測器和光電探測器等方面的潛在應用。
最基本的應用是光伏太陽能電池，正如Cs2AgBiBr6所證實的那樣。理論計算表明，在優化的200 nm薄膜厚度下，Cs2AgBiBr6的光譜極限最大效率為7.92%。然而，如上所述，由於Cs2AgBiBr6基鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的間接帶隙和製備均勻薄膜的困難性，阻礙了PSCs的發展。Greul等人在TiO2基片上用旋塗前驅體溶液製備Cs2AgBiBr6薄膜並將其併入太陽能電池中。這種器件使功率轉換效率（PCE）達到2.43%，並且在環境條件下無需封裝就具有良好的穩定性。
圖1。Greul等人報告的太陽能電池的器件結構和J-V曲線。
羅等人將Na+離子合金化為Cs2AgInCl6，通過自陷激子的輻射覆合增強白光發射。例如，Cs2(Ag0.60Na0.40)InCl6發出的暖白光具有86±5%的光致發光量子產率（PLQY）。利用商業化的LED芯片與Bi摻雜Cs2(Ag0.60Na0.40)InCl6粉末，封裝出的器件在4054k的相關色溫下，顯示出（0.396，0.488）的CIE座標，在5,000 cd·m-2下工作超過1000小時。
圖2。(a)不同溫度下Cs2Ag0.60Na0.40InCl6的發光函數(虛線)和光致發光光譜(固體)。(b，c)
Cs2Ag0.60Na0.40InCl6的LED的穩定性。(d)薄膜(黑色)和粉末(紅色)的XRD圖。插圖：254nm紫外光照射下，300 nm厚石英襯底和500nm厚Cs2Ag0.60Na0.40InCl6薄膜。
光探測是三維和低維HDPs的一個重要應用，包括單晶和薄膜。2017年，Tang等人。用一鍋法成功製備了低陷阱密度（～（8.6±1.9）×108cm-3）的高質量Cs2AgInCl6晶體。Cs2AgInCl6晶體的紫外-可見光探測器在真空中去除了晶體表面的氧汙染，具有很好的光學性能，包括高的探測率（~1012 jones）、很低的暗電流（5V偏壓下10pA）、快的光響應（~1 ms）、高的開關比（500）和高的熱穩定性。
圖3。(a，b)Au/Cs2AgBiBr6/Au器件X射線探測器示意圖。由於Cs2AgBiBr6是弱p型半導體，因此提出了電子被捕獲，空穴被傳輸的觀點。(c)通過計算X射線光電流的標準差得到器件的信噪比。（d）MAPbBr3與Cs2AgBiBr6探測器性能比較
總之，本文簡要介紹了有機-無機鹵化物雙鈣鈦礦材料獨特的優點及其在光電子學領域的應用。（文：愛新覺羅星）
閱讀更多 材料material 的文章
