第二章 钙钛矿材料的合成与制备

2.1 引言

金属卤化物钙钛矿材料在1893 年首次被报道[1] ,但直到20 世纪90 年代,它们才受到科学界和工程界的关注。 2012年研究人员开始大量报道钙钛矿材料在太阳能电池方面的应用。这类材料表现出极高的电荷传输特性,基于钙钛矿的单电池光伏器件的效率在较短时间内超过23% 。令人意外的是,钙钛矿被证明不仅可以分离电荷从而光致发电,而且也可以反过来聚集电荷电致发光( electroluminescence,简称EL) 。钙钛矿材料的非辐射复合相对较低,意味着它们可能比较节能,而且它们的颜色纯度很高。目前钙钛矿的报道大部分集中于电致发光与太阳能电池,晶体管与传感器也偶有报道(图2. 1)。

图2. 1 钙钛矿材料的应用: (a) 太阳能电池;(b) 发光二极管

但是,三维钙钛矿结构荧光量子效率低,其中有两个关键的限制因素: ① 体缺陷导致的非辐射复合;② 较低的激子结合能使得电子空穴复合速率较低。为了解决上述问题,研究人员通过合成策略将大块钙钛矿材料转化为纳米晶,极大降低了钙钛矿材料中的电子缺陷密度,显著提高了钙钛矿薄膜的荧光量子效率。但是由于有机阳离子或配体的引入、维度的降低,使得薄膜的导电性下降,不利于发光器件的制备。