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Angew. Chem. Int. Ed 具有较小带隙(1.72 eV)的Cs2AgBiBr6非铅双钙钛矿材料

发布者:Angew. Chem. Int. Ed  来源:Angew. Chem. Int. Ed 日期:2020-5-18  点击次:34

 

【引言】

无毒环保且稳定的无铅卤化物双钙钛矿材料被认为是铅基钙钛矿材料最有前景的替代品之一。其中Cs2AgBiBr6双钙钛矿材料具有引人注目的光学和电学特性,使其有希望用于高效的光电器件。然而,其过大的带隙(> 2 eV)导致其吸收性能差,限制了其进一步的应用,尤其是在光伏领域。

【研究简介】

今日,瑞典林雪平大学高峰教授(通讯作者)课题组与合作者报道了采用结晶工程策略来调节基准双钙钛矿Cs2AgBiBr6的带隙。通过简单地控制晶体的生长温度和速度,研究人员可以将Cs2AgBiBr6晶体的带隙降低〜0.26 eV,达到目前已报道的在常温常压下纯Cs2AgBiBr6的最小带隙1.72 eV。带隙变窄通过紫外可见吸收光谱和光致发光光谱得到证实。第一性原理计算表明,增强的Ag-Bi无序对此材料的能带结构有显著的影响,并减小了其带隙,为实验中观察到的带隙变窄效应提供了可能的解释。这项工作为实现具有适用于光电应用的合适带隙的无铅双钙钛矿提供了新的见解。该成果以题为“Lead-Free Halide Double Perovskite Cs2AgBiBr6 with Decreased Bandgap”发表在期刊Angew. Chem. Int. Ed上。林雪平大学高峰教授和宁为华博士为文章的通讯作者。第一作者为林雪平大学博士生季付翔。第一作者特别感谢导师高峰教授和宁为华、王峰两位师兄在科研方面给予的指导和帮助!

【图文导读】

注:研究人员将在60 oC 和150 oC下得到的双钙钛矿晶体分别命名为DP-60 和DP-150。

1、晶体结构表征

 北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

(a)DP-60和DP-150的晶体生长程序;

(b)DP-60和DP-150单晶的光学图像和晶体结构;

(c)DP-60和DP-150晶体的归一化后的粉末XRD图;

(d)XRD图谱中的(4 0 0)晶面的放大图。

2、光学性质表征

 北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

(a)DP-60和DP-150单晶归一化后的紫外可见吸收光谱;

(b)通过紫外可见吸收光谱计算DP-60和DP-150的间接带隙;

(c)室温下DP-60和DP-150单晶归一化后的PL光谱;

(d)室温下DP-60和DP-150单晶的时间分辨PL。

3、第一性原理计算

 北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

通过第一性原理计算得到的具有不同Ag-Bi无序度的Cs2AgBiBr6结构的电子态密度。

4、材料稳定性表征

 北京颐光新源科技有限公司是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,时间相关荧光光谱测量,皮秒激光和皮秒光源,CCD,ICCD,红外面阵探测器,光电倍增管,光学元器件,光学镀膜产品,电光源及LED测量系统等。

放置到周围环境下的DP-150材料随时间变化的PXRD(a),拉曼光谱(b),UV-vis吸收光谱(c)和PL光谱(d)。

【小结】

本文通过控制单晶的生长温度,获得了目前已报道的常温常压下纯Cs2AgBiBr6的最小带隙。尽管不同的生长温度对晶体结构基本没有影响,但是与低蒸发温度(60 oC)下制备的晶体相比,从高蒸发温度(150 oC)下制备的晶体显示出明显的带隙变窄(〜0.26 eV)。我们假设这种带隙变窄是由于与DP-60相比,DP-150中的Ag-Bi无序程度增加所致。第一性原理计算表明,当引入这种Ag-Bi无序并逐渐增加这种无序时,它最初会在带隙之间产生孤立的缺陷态,并最终演变成新的(导/价)带。研究者认为此较小带隙的DP-150单晶可能适用于高效且稳定的单晶器件,例如太阳能电池和光电探测器。此外,本文提供了一种简单而有效的方法来优化双钙钛矿的带隙,并且此方法也可能适用于其他结晶材料。