金属卤化物钙钛矿：光电子学领域的新兴材料

来自 实验室仪器网

研究人员开发了Spiro-OMeTAD、NiOx、PEDOT：PSS和PTAA等空穴传输材料。常见的电子传输材料包括TiO2、ZnO、SnO2、C60和PC61BM。

金属卤化物钙钛矿已用于太阳能电池、光电探测器、发光二极管和激光器。这些材料以其低激子结合能、高载流子迁移率、强光吸收、可调带隙和低成本加工而闻名。

它们的性能基于特定的电子结构特性。这些包括Rashba自旋分裂、带边反键态、跨带隙杂交和显着的带边色散。钙钛矿光电子学的进步得到了对材料结构和特性之间关系的更好理解的支持。

截至目前，钙钛矿太阳能电池（PSC）的功率转换效率已超过26%。钙钛矿发光二极管（PeLED）的外部量子效率已超过30%。

扩大生产需要提高效率和长期稳定性，同时降低生物和环境风险。这些挑战涵盖从材料设计到设备制造的所有阶段。

PSC和PeLED共享相似的核心组件，包括活性层、电荷传输层和电极。十多年来，钙钛矿活性层的组成经历了重大优化。表面和界面工程现在在决定设备性能方面发挥着关键作用。

尽管取得了进展，但仍然存在一些问题。这些因素包括高加工温度、有限的稳定性、界面缺陷、寄生吸收和高成本。为了解决这些问题，研究人员在钙钛矿器件中应用了自组装分子（SAM）。SAM用作底部传输层或顶部钙钛矿层的表面改性剂，也可以用作独立的传输层。

最近发表在《国家科学评论》（NSR）上的文章“自组装分子在卤化物钙钛矿光电子学中的作用：原子尺度视角”对SAM进行了深入的评论。该报告由吉林大学材料科学与工程学院的LijunZhang教授和物理学院的YuhaoFu副教授以及合作者共同撰写。

本文研究了SAM如何促进钙钛矿光电器件的性能。它侧重于原子级界面机制，并重点介绍了分子设计的策略。

SAM通过与功能层的四种主要类型的交互来影响器件性能：

• 能级对齐和缺陷钝化：SAM使用偶极子来对齐界面处的能级并钝化缺陷，从而改善电荷传输。
• 表面改性和生长控制：SAM调整表面能并控制生长动力学，增强薄膜均匀性和润湿性。
• 应力消除和界面粘合：它们的柔韧性和粘合特性有助于减轻机械应力并提高附着力。
• 化学稳定性：SAM提供空间位阻和锚定效应，抑制不需要的反应和相偏析，提高化学稳定性。

这些原理支持在单结和串联PSC以及PeLED中使用SAM。SAM已成为提高效率和稳定性的宝贵工具。

本文探讨了SAM的演变、其结构和物理化学特性，以及它们如何在器件中应用。它分析了SAM如何影响界面特性，例如电荷传输、薄膜均匀性、机械强度和耐化学性。

通过详细介绍原子尺度机制，该研究解释了SAM界面修饰效应的起源。它还讨论了其表征、集成和设计方面的挑战，为未来的研究提供了潜在的解决方案和方向。

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