导读：本文总结了无铅卤化物双钙钛矿（HDPs）在晶体结构、物理性能和光电应用方面的最新进展，如太阳能电池、光电探测器、X射线探测器和发光二极管等。讨论了提高现有HDPs材料物理和光电性能的方法，有利于今后开发新型无铅HDPs材料。
有机-无机金属卤化物钙钛矿（最显著的是CH3NH3PbI3）在光伏和光电领域的应用中表现出了显著的物理特性。然而化学成分中含有铅元素，它的毒性问题促使人们进一步探索新型的无毒材料。无铅HDPs是由其它无毒候选元素的合理化学替代Pb2+离子与而设计的，是近年来发展起来的一种替代Pb基的材料。来自中国科学院福建物质结构研究所的团队针对该材料完成了一篇综述。相关论文以题为“Recent Advances and Optoelectronic Applications of Lead-Free HalideDouble Perovskites”发表在Chemistry - A European Journal。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/chem.202000788
本文综述了HDPs的结构特点、基本光物理性质以及影响器件性能的因素。以太阳能电池为例，其工作特性在很大程度上依赖于吸收层的带隙特性，因此必须对光学带隙进行优化。为了提高无铅HDPs的综合性能，需要进行更多的理论和实验研究，如提高薄膜质量或掺杂以实现间接到直接的带隙转换以及优化抑制缺陷的条件等。有机-无机HDPs的成功实现，将铅基材料优异的光物理性能与环境稳定性和无毒性结合起来，无疑将在光电器件领域取得重大突破。今后的工作应进一步集中于通过化学改性来改善现有HDPs的光电性能。同时，迫切需要新的设计策略来合成具有新型的物理和光电特性的HDPs。
摘要图
大量的HDPs材料具有优异的物理和光电性能，如高的缺陷容限、环境稳定性和可调的带隙等，但对其潜在应用的研究还远远落后于铅基钙钛矿杂化材料，因为它们的结构和物理性质仍然不清楚。只有少数HDPs，如Cs2AgBiBr6和Cs2AgInBr6，被用于各种光电器件。HDPs目前的研究重点是其在太阳能电池、LEDs、X射线探测器和光电探测器等方面的潜在应用。
最基本的应用是光伏太阳能电池，正如Cs2AgBiBr6所证实的那样。理论计算表明，在优化的200 nm薄膜厚度下，Cs2AgBiBr6的光谱极限最大效率为7.92%。然而，如上所述，由于Cs2AgBiBr6基钙钛矿太阳能电池（PSCs）的间接带隙和制备均匀薄膜的困难性，阻碍了PSCs的发展。Greul等人在TiO2基片上用旋涂前驱体溶液制备Cs2AgBiBr6薄膜并将其并入太阳能电池中。这种器件使功率转换效率（PCE）达到2.43%，并且在环境条件下无需封装就具有良好的稳定性。
图1。Greul等人报告的太阳能电池的器件结构和J-V曲线。
罗等人将Na+离子合金化为Cs2AgInCl6，通过自陷激子的辐射复合增强白光发射。例如，Cs2(Ag0.60Na0.40)InCl6发出的暖白光具有86±5%的光致发光量子产率（PLQY）。利用商业化的LED芯片与Bi掺杂Cs2(Ag0.60Na0.40)InCl6粉末，封装出的器件在4054k的相关色温下，显示出（0.396，0.488）的CIE坐标，在5,000 cd·m-2下工作超过1000小时。
图2。(a)不同温度下Cs2Ag0.60Na0.40InCl6的发光函数(虚线)和光致发光光谱(固体)。(b，c)
Cs2Ag0.60Na0.40InCl6的LED的稳定性。(d)薄膜(黑色)和粉末(红色)的XRD图。插图：254nm紫外光照射下，300 nm厚石英衬底和500nm厚Cs2Ag0.60Na0.40InCl6薄膜。
光探测是三维和低维HDPs的一个重要应用，包括单晶和薄膜。2017年，Tang等人。用一锅法成功制备了低陷阱密度（～（8.6±1.9）×108cm-3）的高质量Cs2AgInCl6晶体。Cs2AgInCl6晶体的紫外-可见光探测器在真空中去除了晶体表面的氧污染，具有很好的光学性能，包括高的探测率（~1012 jones）、很低的暗电流（5V偏压下10pA）、快的光响应（~1 ms）、高的开关比（500）和高的热稳定性。
图3。(a，b)Au/Cs2AgBiBr6/Au器件X射线探测器示意图。由于Cs2AgBiBr6是弱p型半导体，因此提出了电子被捕获，空穴被传输的观点。(c)通过计算X射线光电流的标准差得到器件的信噪比。（d）MAPbBr3与Cs2AgBiBr6探测器性能比较
总之，本文简要介绍了有机-无机卤化物双钙钛矿材料独特的优点及其在光电子学领域的应用。（文：爱新觉罗星）
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