北理工课题组在钙钛矿异质结构的制备策略和光电应用领域发表综述文章


近日,北京理工大学前沿交叉科学研究院崔彬彬课题组在国际材料与化学领域期刊《Advanced Optical Materials》 (IF: 9.926)上,以“Fabrication Strategies and Optoelectronic Applications of Perovskite Heterostructures”为题总结讨论了金属卤素钙钛矿异质结构构建(图1)和光电应用的最新研究进展。北京理工大学前沿交叉科学研究院2020级博士生程晓华与2019级博士生韩颖为该工作共同一作,通讯作者为崔彬彬副研究员。

图1. 三维(3D)和低维(0~2D)金属卤素钙钛矿材料结构模拟及其不同维度组装示意图

金属卤化物钙钛矿(Metal Halide Perovskites, MHPs)是新兴的一类低成本多功能半导体材料。它们已广泛应用于钙钛矿太阳能电池(PSC)、发光二极管(LED)、光电探测器、忆阻器和激光器等光电器件。但是钙钛矿材料对温度、空气中氧气和水分等因素特别敏感,稳定性差导致的使用寿命短等缺点极大限制了其产业化应用。目前,开发新型金属卤化物钙钛矿材料、钝化缺陷、优化器件结构和做好封装等技术是提高钙钛矿器件光电性能和稳定性的有效方法。此外,制备钙钛矿/钙钛矿异质结构(PPHSs)既可以实现钝化钙钛矿材料缺陷、调节带隙,又能够为多种半导体应用优化载流子传输模式。因此,制备钙钛矿/钙钛矿异质结构是获得稳定且性能优异的钙钛矿器件的一种新颖可靠的方法。

由于可综合两种或两种以上金属卤素钙钛矿材料的各自优势,钙钛矿异质结构受到了研究人员的广泛关注。研究表明,构建钙钛矿/钙钛矿异质结构可有效改善钙钛矿光电功能器件载流子迁移,并调节电子-声子耦合,明显提高了器件的环境稳定性,极大提高了钙钛矿光电功能器件产业化应用的可能性。因此,总结和讨论钙钛矿异质结构的制备策略和发展现状,对于这类具有优良光电性能的复合结构材料的应用具有重要意义。本文综述了几年来钙钛矿异质结构的制备策略和光电应用。重点从不同形貌(薄膜和单晶)和维度(2D/3D、2D/2D、3D/3D、1D/3D、0D/3D)以及钙钛矿异质结构制备策略上进行了介绍,并总结了近年来钙钛矿异质结构在太阳能电池、LED、光电探测器和激光器等方面的重要应用和最新进展。最后,归纳了钙钛矿异质结构在制备和应用中面临的挑战,对未来钙钛矿异质结构在光电功能器件的发展前景做出了展望。

论文详情:Xiaohua Cheng, Ying Han, Bin-Bin Cui*. Fabrication Strategies and Optoelectronic Applications of Perovskite Heterostructures, doi: 10.1002/adom.202102224.

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adom.202102224


附作者简介:

崔彬彬,九三学社社员,2016年于中科院化学研究所获得博士学位,2015年9月-2016年4月在新加坡南洋理工大学进行访问学习。现任北京理工大学前沿交叉科学研究院预聘助理教授(特别副研究员),博士生导师。主要研究方向为有机-无机杂化的光电功能材料,在“高效且稳定的有机-无机杂化金属卤素钙钛矿光伏器件”和“低维有机-无机杂化钙钛矿晶体材料的结构和光电功能调控”等方面已经取得了一系列的重要研究进展,如 Energy & Environ. Sci. , 2020, 13, 4344-4352; Adv. Sci. , 2021, 8, 2004805; Nat. Commun. , 2019, 10, 5190-5198等。近年来以一作或通讯作者在 Energy & Environ. Sci. , Nat. Commun. , J. Am. Chem. Soc .,  Angew. Chem. Int. Ed. , Adv. Sci. 等期刊共发表研究工作30余篇。主持国家自然科学基金面上和青年基金等项目。


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