郑州大学史志锋教授AOM综述：铋基卤化物钙钛矿在新兴光电应用中的最新进展和挑战 | 前沿用户报道

抑制有害缺陷和离子迁移对提高器件性能和材料稳定性至关重要。为了有效钝化缺陷，抑制离子迁移，提出了表面钝化、自掺杂、添加剂工程和成分工程等多种优化生长条件和结构的方法来提高晶体质量。坦率地说，目前铋基卤化物钙钛矿材料的缺陷工程研究还处于起步阶段，还需要更多的努力来揭示其结晶机制，这将有利于提高其晶体质量，用于太阳能电池、光/X射线探测器和WLED应用。值得注意的是，虽然铋基卤化物钙钛矿中的离子迁移现象对光电子器件的稳定性起着相反的作用，但它有利于电阻式开关存储器的应用。

半导体材料的带隙可以根据独特的原子电子构型和所贡献元素进入结构的轨道相互作用来计算。因此，减小带隙和将间接带隙转化为直接带隙的方法有很多，如在B位和X位等效掺杂、合金化、外压、尺寸选择等。基于不同的策略和理论计算，有必要平衡带隙调谐与器件性能的优缺点，这可以使研究人员探索具有直接带隙和合适带隙值的结构稳定的铋基卤化物钙钛矿，用于光电探测器和光催化应用。此外，稳定且宽带隙的铋基卤化物钙钛矿可应用于低带隙Si和Cu(In,Ga)Se2半导体组合的串联太阳能电池中，增强光吸收能力，从而提高器件性能。

尺寸多样性可以为电子结构研究提供更多的可行性，拓宽铋基卤化物钙钛矿的光电应用领域。从结构上看，铋基卤化物钙钛矿可分为0D A3B2X9、2D A3B2X9、3D A2BBiX6、3D ABiaX3a+1和AbBiXb+3。3D A2BBiX6通常表现出较高的缺陷容忍度，类似于铅基钙钛矿。因此，三维铋基卤化物钙钛矿比低维A3B2X9钙钛矿表现出更好的光电性能。对于低维体系，双基卤化物钙钛矿结构的调制不仅可以利用具有新颖光电特性的量子约束效应调节带隙，而且可以提高系统的稳定性。一般来说，用合适的大块有机阳离子取代A阳离子可以调节双基卤化物钙钛矿的维数，但大块有机阳离子的存在往往会降低电荷的输运。因此，选择合适的方法来控制具有高载流子传输性能的维数对太阳能电池的应用具有重要意义。显然，这一课题值得进一步研究，以充分发挥铋基卤化物钙钛矿的潜力。

作为无铅钙钛矿候选材料之一，铋基卤化物钙钛矿在各种功能器件中的初步应用令人鼓舞，具有高性价比和丰富材料的大规模制造潜力。需要结合理论计算来揭示晶化机理和载流子动力学，以便与实验相结合来改善薄膜形态。除了成分工程策略外，器件性能还可以通过表面/接口工程、器件架构优化和波段对准调制来提高。例如，钝化表面缺陷/陷阱可以增强钙钛矿与传输层界面处的载流子分离和转移，调整空间电荷区厚度可以提高载流子收集效率。因此，鼓励构建新的和合适的器件结构，如p-n或p-i-n同结。此外，选择理想的HTL和ETL材料可以保证合适的能带排列，从而提高太阳能电池的电荷提取效率。更重要的是，有效的封装以确保在设备的整个生命周期内无水和无氧的条件对设备的稳定性和性能具有重要意义。因此，迫切需要对器件和材料的设计和操纵进行进一步的研究，这将促进器件结构的创新，并促进这些多样化的器件应用大规模商业化。

对于进一步开发高性能器件至关重要。有效的理论预测将有助于为新钙钛矿的识别提供指导，并加速未来新材料的发现。计算支持的组合化学可以发展以探索可能的元素合金化和掺杂，以及卤化物离子取代铋基卤化物钙钛矿。此外，大规模合成大面积、柔性、高质量的钙钛矿，具有长扩散长度、长载流子寿命和高载流子迁移率，是太阳能电池和照片/ X射线探测器应用中最有前途的候选者。综上所述，稳定、环保的铋基钙钛矿无疑在光电器件中具有替代有毒铅元素的巨大潜力。在提高光电子应用的物理化学性质、器件效率和材料稳定性方面已经取得了巨大的进展。结合实验测量和理论计算，进一步研究铋基卤化物钙钛矿材料的基本原理和机理是很有必要的。通过多学科的协同努力，设计出高质量的铋基钙钛矿，它结合了铅基钙钛矿的优异光电性能、良好的稳定性和多功能结构，我们有理由相信，基于铋基钙钛矿的高性能光电器件将是可以实现的，具有实际应用和商业化的额外前景。