三维、二维卤化物钙钛矿材料性能及应用综述

摘要

卤化物钙钛矿材料是当前学术界的研究热点，但对二维、三维卤化物钙钛矿材料的性能对比分析却少有。为此，本文从三维和二维卤化物钙钛矿材料的晶体结构、电子结构角度出发，总结了发生维度变化后两种材料的不同物理化学性质以及性质改变的原因，并分析了其不同性质所适用的领域及面临的问题，为钙钛矿材料未来的研究提供了思路。首先，三维和二维卤化物钙钛矿均有带隙可调和对缺陷容忍性高的特点，但在结构稳定方面二维材料较三维钙钛矿材料稳定性较高，原因在于二维材料能量低且对变形的容忍度更高。其次，由于三维卤化物钙钛矿材料降维后得到二维卤化物钙钛矿，过程中周期性金属骨架被破坏，部分电子施主缺陷或空穴受主缺陷在二维材料中能级较深，导致材料载流子浓度下降，电子传输性能下降，因此二维材料较三维材料电学传输能力差。同时，二维材料量子效应凸显，二维卤化物钙钛矿材料相较三维材料光吸收能力下降，因而三维卤化物钙钛矿相较二维材料更适合应用于太阳能电池吸光层。再次，一方面，用于发光器件的三维卤化物钙钛矿材料外量子效率较低，需要引入功函数匹配的半导体材料形成异质结构才能高效应用，所以其较少应用于发光器件；另一方面，二维卤化物钙钛矿虽然可实现多种连续发光频谱，但需要提高加工工艺以适应大规模商业化生产需求。最后，传统钙钛矿材料作为含铅离子化合物材料，分解会对环境造成影响，应当考虑开发无铅稳定的新型卤化物钙钛矿。

关键词