綜述：低毒鈣鈦礦材料最新進展與挑戰

如何製備sn2+bi3+

鉛基有機-無機雜化鈣鈦礦材料是近年來發展起來的一種新型光電材料。然而，鉛的毒性和鉛基鈣鈦礦材料的化學不穩定性迄今已證明是一個巨大的挑戰。基於Sn、Bi、Sb、Ge、Cu等低毒元素的鈣鈦礦材料的發現，為實現高效能鈣鈦礦光電器件提供了新的途徑。

來美國俄亥俄州阿克倫大學的研究團隊針對此現象撰寫了一篇綜述，

綜述了近年來低毒鈣鈦礦太陽電池、光電探測器、發光二極體和熱電器件等方面的研究進展

。

討論了金屬離子的抗氧化穩定性和低毒鈣鈦礦材料的結晶過程。最後，展望了低毒鈣鈦礦材料發展中需要進一步關注的問題

。相關論文以題為“Recent Advancements and Challenges for Low-Toxic PerovskiteMaterials”近日發表在

ACS Applied Materials & Interfaces

期刊上。

論文連結：

https：//doi。org/10。1021/acsami。0c02575

化學式為ABX3的有機無機鈣鈦礦，其中A為CH3NH31+（MA1+），NH2CH= NH21+（FA1+），或Cs+，B為Pb2+，或Sn2+，X為Cl-，或Br-，或I-或它們的組合，由於其優越的光電效能，已被開發用於先進的光電應用，包括合適的可調諧帶隙、優良的光吸收係數、高的光致發光量子產率、窄帶發射、相對較小的吸收長度、長的擴散長度和低成本的溶液可加工性。這些特性使鈣鈦礦材料成為太陽能電池、光電探測器、發光二極體和熱電器件等領域的理想材料。

在過去的十年中，鉛基鈣鈦礦太陽電池的功率轉換效率從3。80%提高到25。2%，鉛基鈣鈦礦光電探測器的光電探測效率為1015jones。此外，從鉛基鈣鈦礦單晶和鉛基鈣鈦礦量子點分別得到了80%的超高PLQY和約1000 μV/K的高Seebeck係數。

儘管在光電和熱電器件上有著如此誘人的應用，但是Pb2+的毒性在製備、利用和進一步處置過程中會產生環境問題，這是其實際應用的瓶頸之一。

為了解決Pb2+的毒性問題，使用了來自該族的Ge2+和Sn2+以及來自週期表組的Bi3+和Sb3+等環境友好元素來替代Pb2+。由於鈣鈦礦材料具有相似的非活性外殼s軌道，這是鈣鈦礦材料獨特的光伏特性的關鍵。其中，Sn基鈣鈦礦具有良好的光電效能，器件效能較為理想。然而，Sn2+氧化成Sn4+是一個很容易自發的過程，導致了晶體中的自摻雜過程，從而導致器件效能下降。

Bi，Ge，Sb基鈣鈦礦材料具有優異的光學效能，是光伏應用的關鍵。Ge是一種無環境汙染的元素。據報道，Ge基鈣鈦礦具有較大的帶隙，可以保證Ge基PSCs具有較高的開路電壓。Sb比Pb毒性小，但Sb基鈣鈦礦材料的光伏特性鮮有報道。Bi是一種無毒元素，Bi3+與Pb2+具有等電子性。預期具有可調帶隙的Bi基鈣鈦礦更適合於串聯太陽能電池。除錫和鉍外，銻和鍺也作為其他替代品出現。過渡金屬離子如Cu2+也顯示出製造低毒PSCs的潛力。

低毒元素Sn2+、Bi3+和Sb3+基鈣鈦礦因其低毒性、優異的光學效能和高的PLQY效能而被交替開發為LED材料。特別是無機鹵化物鈣鈦礦奈米晶作為LED材料受到了廣泛的關注，因為與有機鹵化物鈣鈦礦材料相比，無機鹵化物鈣鈦礦奈米晶材料在光照條件下具有更好的穩定性。此外，與塊體鈣鈦礦材料相比，鈣鈦礦奈米晶體的缺陷態在禁帶內是無陷阱的，這導致在所有無機鹵化物鈣鈦礦奈米晶體中都有高的PLQY。

因此，綜述低毒鈣鈦礦材料及其在光電和熱電器件中的應用具有重要意義。在這篇簡短的綜述中，作者介紹了光伏、LED和潛在熱電研究。首先綜述了近十年來低毒鈣鈦礦材料製備PSCs的研究進展，然後介紹了近年來有毒鈣鈦礦材料製備NIR-PDs的研究進展。第四部分討論了低毒鈣鈦礦材料在LED中的應用。第五部分綜述了用於熱電器件的Sn基鈣鈦礦材料。最後一部分重點介紹了進一步開發低毒鈣鈦礦材料的策略。