钙钛矿材料的发展及现状

钙钛矿结构的晶体结构可以表示成ABX3。在一个立方晶格中，八个A原子处于八个立方格子的顶点，六个X原子处于立方格子的六个面的中心，一个B原子处于晶胞的中心，也可以看成B原子处于X原子构成的八面体正中心，而八面体嵌在八个A原子构成的立方框架当中[11]。要实现钙钛矿结构，需要引入一个与原子尺寸相关的参数，即容忍因子t，定义为： 

rA是阳离子A的半径，rB是阳离子B的半径，rX是卤素阴离子的半径。钙钛矿结构有斜方相、四方相以及立方相，对称性依次提高。当t介于0。8到1之间，钙钛矿结构能保持立方相，当t减小到0。8以下，依次会以四方相和斜方相存在。当t大于1时，钙钛矿材料会由三维结构向二维结构转变。87820

最近几年时间内，引起学术界关注和研究最多的钙钛矿材料是有机无机杂化铅卤素钙钛矿材料，其化学式为MAPbX3 (M=CH3NH3+,X=Cl, Br, I)，这种钙钛矿材料因为具有高的光吸收系数、长载流子寿命、高载流子扩散长度、光谱延伸至红外、可液相制备、成本低等优点，被视为一种新型优异太阳能电池的光敏材料。由于光吸收系数大，入射光在很薄的钙钛矿层内被吸收，又由载流子扩散长度大，能达到几百纳米，这个长度与典型的钙钛矿膜的厚度处于一个数量级，这就非常有助于电极高效地接收扩散过来的光生载流子，从而提高太阳能电池的效率。另外一点，对于太阳能电池来说，根据Schockely–Queisser极限曲线，单结太阳能电池的最佳带隙是1。4eV，MAPbI3的带隙接近这个极限。在短短五年时间，基于杂化钙钛矿材料的太阳能电池效率从最初的0。38%发展到如今的22。1%，发展速度远超传统的硅太阳能电池，因而杂化钙钛矿电池被视为下一代太阳能电池。但是目前为止，杂化太阳能电池仍然有一个本征缺陷，阻碍了其实际应用和商业化，那就是其稳定性。这里的稳定性同时包括热稳定性和湿度稳定性。杂化钙钛矿材料被报道对湿度特别敏感，置于空气环境中非常容易分解。且在温度较高的条件下也容易分解。又由于其组分中包含有机成分，在遇到氧气之后容易被氧化分解。论文网

无机钙钛矿材料是另一位钙钛矿材料大家族中的一员，相对于杂化钙钛矿材料，无机钙钛矿中的Cs+取代了MA+，即CsPbX3 (X=Cl, Br, I)。相对于杂化钙钛矿材料[11]，无机钙钛矿材料具有更高的稳定性，对于湿气和氧气也有更高的抵抗能力。尽管很早之前就已经有关于钙钛矿材料体系的报道，它们在纳米尺度所展现的优异特性却在最近几年时间内才被发现，并引起了学术界的广泛关注。无机钙钛矿进入纳米尺度而成为量子点，其荧光效率能达到90%以上。且荧光波长可以通过改变量子点的尺寸和卤素的种类而覆盖整个可见光波段（400纳米~760纳米），且具有良好的单色性，半高宽可小到18-24纳米。由于以上优点，无机钙钛矿量子点有望成为下一代显示和照明技术的奠基材料[4]。

随着研究的逐步深入，无机钙钛矿纳米材料的性质被越来越多地探索，然而很少有研究是关于亚微米尺度无机钙钛矿的。事实上亚微米尺度的微粒在许多重要领域都很非常关键的应用，如果能将无机钙钛矿材料的优异性质与亚微米尺度微粒的应用相结合，将会对拓宽这个材料体系的应用范围。