金属卤化物钙钛矿动态性质研究新进展

随着金属卤化物太阳能电池的光转换效率超过25％，人们经常提出的一个问题是“下一步是什么？”有趣的是，在钙钛矿领域有许多新的探索机会。正在探索新的异质结构和发光半导体纳米团簇，了解相稳定性并提供对激发态过程的新见解的新途径。这些进展为进一步扩大钙钛矿的研究范围提供了新途径，为探索提供了新的领域。

本文选出四篇文章展示金属卤化物钙钛矿研究动态性质的几个例子。
 

一、真空沉积2D / 3D钙钛矿异质结

在蒸发的有机电子产品上有很多工作，其中薄膜在高度可控的过程中沉积，可重复且无溶剂。因此这项技术既可以进行基础研究，也可以实现工业化。近年来，将蒸发技术的电池扩展至有机-无机钙钛矿混合太阳能电池已成为重要的研究方向。因为在90年代和20年代广泛使用的2D阳离子已成为一种新策略，以改善钙钛矿层的复合动力学，稳定性和性能。

 

 

瓦伦西亚大学（University of Valencia）研究小组结合了蒸发处理和2D阳离子的两个趋势。他们证明了对双源真空处理的仔细控制，以沉积夹在两层薄的2D钙钛矿层（<20 nm）之间的3D钙钛矿（〜500 nm）。

所得的2D / 3D钙钛矿太阳能电池的开路电压（V oc s）> 1V。尽管这已通过溶液处理技术实现，但尚未显示用于真空处理。通过关注沉积的2D层的更有利的方向，可能会实现进一步的改进。

这项工作为继续研究包括2D层的真空处理钙钛矿太阳能电池提供了必要的平台，因此是钙钛矿研究中令人鼓舞的一步。

 

二、杂化卤化物钙钛矿的热化学稳定性

甲基铵卤化铅（MAPbX 3钙钛矿已成功用于光伏和其他光电应用的领先的溶液加工半导体。随着钙钛矿装置效率的不断提高，钙钛矿材料的稳定性已成为该领域研究人员关注的焦点。

然而许多已发表的研究（经验和计算）都涉及这些材料的不稳定性的不同方面，因此对这些材料的稳定性的理解仍然相对分散（在某些情况下是相互矛盾的）。文献的这种零散的状态阻止了本领域的研究人员充分认识到相互联系的降解途径，而这些途径需要统一解决才能切实稳定钙钛矿设备。

 

 

Senocrate，Maier和他的同事在他们的文章中，使用基本的热力学原理和论据阐明了MAPbX 3型钙钛矿中存在的内在和外在降解途径，简明扼要的格式可供跨学科的研究人员使用。作者通过第一性原理和实验论据揭示了关于材料相对于其卤化物前体的稳定性的误解，并提出了导致内在（与温度相关）和外在（O 2，H 2）的最相关反应O，电压和照度）降低。

研究人员经常忽略的一个细微之处是，这些反应途径并非彼此独立。作者使用实际实验室条件的示例说明了反应最相互依赖的途径，很可能一起被激活，以及对钙钛矿成分敏感的钙钛矿成分（A部位或X部位）给定的反应途径。这一观点的重要信息是通过定制化学成分，适当的器件封装或设计电子和空穴传输层，为减轻某些降解途径提供实用建议。

 

三、直接合成季铵烷基封端的钙钛矿纳米晶体以制备高效的蓝色和绿色发光二极管

钙钛矿纳米晶体最近已成为最有效的发光材料之一，其光致发光量子产率（PLQY）接近于1。这些纳米晶体发出可见光中的所有三种显色（蓝色，绿色和红色）。

为了设计有效的发光器件（LED），获得具有稳定发射的卤化铅钙钛矿纳米晶体仍然是最近研究努力的主要方向。双十二烷基二探索卤化物（DDAX，X = Cl和Br）作为唯一的配体同工稳定可调蓝绿色发射混合卤化物CSPB（BR 1- X氯X）3钙钛矿纳米晶体（X= 0–0.39）。

 

 

可变的卤化物组成使他们可以获得高达80％的PLQY。这种新方法消除了常用的稳定剂，即油酸和油胺的混合物。用季烷基铵配体包覆纳米晶体也有助于实现强烈的蓝色发射。这些纳米晶体被进一步用于设计高效的LED。该绿色发射LED的峰值外部量子效率（EQE）为9.8％，亮度为34700 Cd / m 2，被认为是基于CsPbBr 3纳米晶体的最高效的器件之一。

 

四、CsPbBr 3钙钛矿纳米晶体中尺寸依赖的双激子谱

Ashner 等人在“ CsPbBr 3钙钛矿纳米晶体中与尺寸有关的双激子谱”中。报告瞬态差分吸收（TDA）的结果表明钙钛矿纳米晶体（NCs）中存在净排斥双激子相互作用。CsPbBr 3 NCs是由近3年的自下而上的纳米结构化学生长产生的最新胶体系统。

这些粒子由科瓦连科（Kovalenko）于2015年发现（DOI：10.1021 / nl5048779），由于它们的尺寸分布窄，对缺陷的固有耐受性以及很高的（按制造的）发射量子产率，已迅速成为发光应用研究的流行材料。

对于潜在的激光应用，Ashner等人已经研究CsPbBr 3粒子的多激子性质。令人意外的是Asher等人发现，与许多胶体NC系统不同，CsPbBr 3中的双激子相互作用NC是排斥的。从整体TDA测量中提取的双激子光谱相对于相应的单激子光谱略微蓝移并变宽。关于为什么在这些粒子中存在排斥反应（而不是更常见的吸引力）的双激子相互作用涉及极化子的形成，而极化子的形成是由于钙钛矿材料的柔软可变形晶格引起的。

 

 

这突出金属卤化物钙钛矿的一些独特性质，其中极化子的形成与许多观察结果有关，从表观吸收/发射斯托克斯位移到混合卤化物系统中光诱导的卤化物偏析。阿什纳等人的工作。激发了对这些材料的基本光物理性质进行持续研究的需要，以回答悬而未决的问题和现在暴露出来的明显矛盾。