第一章 金属卤化物钙钛矿结构及物理性质

1.1 钙钛矿材料的晶体结构

钙钛矿材料自1839年由Gustav Rose发现以来,已有百余年历史。目前,许多钙钛矿材料应用于多个领域,例如压电、光电、铁电、超导体、磁阻、催化和离子导体等[1-7] 。金属卤化物钙钛矿已有60多年的研究历史[8] 。如图1. 1 所示,钙钛矿的结构式通常为ABX3 ,A为单价阳离子( CH3 NH+3 、NH2 CHNH+2 或Cs+) ,B为金属阳离子( Pb2+或Sn2+) ,X是卤素阴离子( Cl-、Br-或I-) 。

图1. 1 钙钛矿的晶体结构[9]

金属卤化物钙钛矿材料在2009年首次被应用于液体染料敏化太阳能电池( dye-sensitized solar cell,简称DSSC)的光敏层中后,现已成为科学研究的“明星”材料[10] 。基于钙钛矿材料的太阳能电池具有很高的缺陷容忍度, 90%纯度也能实现较好的光电性能[11] 。这种缺陷耐受性来源于钙钛矿材料的许多优异物理性质,例如缺陷密度低、载流子迁移率高、电荷载流子寿命长、电子-空穴扩散长度长等[12-15] 。除了可以用作太阳能电池的吸光层以外,金属卤化物钙钛矿材料还被广泛用于发光二极管( light-emitting diode,简称LED)的发光层中,制备钙钛矿发光二极管。与传统的发光材料相比,金属卤化物钙钛矿材料具有独特的光电性质,例如带隙可调、色纯度高、色域广、荧光量子效率( PLQE)高等[16-18] 。除此之外,钙钛矿材料还可以通过简便廉价的溶液法制备得到块状单晶、微晶或纳米晶( nanocrystals,简称NCs) [19] 。