Angew. Chem. Int. Ed.：無鉛Cs2AgBiBr6雙鈣鈦礦帶隙的壓力調控

【引言】

近年來，鉛基雜化鈣鈦礦太陽能電池的迅猛發展使鈣鈦礦材料成為極具潛力的光伏材料。但雜化鈣鈦礦光伏材料的廣泛應用仍面臨兩個主要的挑戰：結構的不穩定性和鉛元素的毒性。于是，具有較長載流子壽命和優異結構穩定性的無鉛雙鈣鈦礦材料Cs₂AgBiBr₆應運而生。然而，Cs₂AgBiBr₆較大的帶隙值（大約2.2eV）在一定程度上限制了其器件的性能表現。于是，精確調控Cs₂AgBiBr₆帶隙、深入了解其結構性質關系成為了亟待解決的問題。

【成果簡介】

2017年11月15日，Angew. Chem. Int. Ed.在線發表了題為“High-Pressure Band-Gap Engineering in Lead-Free Cs₂AgBiBr₆ Double Perovskite”的文章。南方科技大學權澤衛教授和吉林大學鄒勃教授為論文的共同通訊作者，文章的第一作者為南方科技大學的李茜博士。論文的其他合作者還包括華中科技大學的唐江教授和博士生潘偉程，Carnegie Institution of Washington的楊文革教授和王永剛博士。

【本文亮點】

研究者利用壓力手段，通過改變無鉛雙鈣鈦礦Cs₂AgBiBr₆的結構，對帶隙進行調控，進而揭示引起帶隙變化的結構機制。高壓下，Cs₂AgBiBr₆結構的收縮及配位八面體間的傾斜分別導致了其帶隙的收縮及擴張，帶隙值呈現復雜的變化趨勢。6.5 GPa以上，結構逐漸的無序及非晶化促使Cs₂AgBiBr₆帶隙持續收縮，并在15 GPa達到1.7 eV，收縮率高達22.3 %。更為有趣的是，完全卸壓后，Cs₂AgBiBr₆結構中殘余的局域無序使帶隙仍然保留8.2 %的收縮率，進一步體現了其獨特的帶隙收縮機制。

【圖文簡介】

圖1：a/b: Cs₂AgBiBr₆晶體在特定壓力下的紫外可見光吸收光譜

c: Cs₂AgBiBr₆晶體在壓力下的帶隙演變，光學照片顯示出晶體的壓致變色行為

d: 15GPa壓力處理前后的紫外可見光吸收光譜對比

e: Cs₂AgBiBr₆常壓下的晶體結構????

圖2a:Cs₂AgBiBr₆ 在壓力下的ADXRD圖譜

b/c: Cs₂AgBiBr₆在0.6 GPa和4.5 GPa下的Rietveld 精修結果（黑色：實驗值，紅色：精修值，橙色：差值，綠色豎線，理論峰位），內圖代表對應的晶體結構。

d/e：Cs₂AgBiBr₆晶格常數和晶胞體積隨壓力的演化

f：Bi-Br和Ag-Br鍵長隨壓力的變化（陰影部分代表相變區域）

圖3：a:立方相和四方相Cs₂AgBiBr₆的帶隙隨壓力演化的計算結果

b:壓力誘導的立方相中Ag-Br和Bi-Br鍵收縮的計算結果

c:Ag-Br-Bi鍵在壓縮時相關信息的計算結果

【小結】

研究者利用利用金剛石對頂砧（DAC）技術進行了原位紫外-可見吸收光譜，同步輻射X光衍射及拉曼的高壓光譜表征。結合理論計算，精細調控了無鉛雙鈣鈦礦材料Cs₂AgBiBr₆的帶隙，揭示其高壓下帶隙收縮的結構機制。這項工作為設計更為理想的鈣鈦礦材料用于太陽能電池和光電探測器等領域提供了新的思路。

文獻鏈接：High-Pressure Band-Gap Engineering in Lead-Free Cs₂AgBiBr₆?Double Perovskite?（Angew. Chem.，2017，DOI: 10.1002/ange.201708684）

團隊簡介:

?權澤衛，南方科技大學化學系教授，中組部第十一批“青年千人計劃”入選者,曾于2012年獲得美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的奧本海默學者(Oppenheimer Fellow)。在功能納米材料領域，尤其是在可控合成、自組裝、高壓變化及其性質等研究方面作出了頗具特色的研究成果。在Accounts of Chemical Research, PNAS, JACS, Angew, Nano Letters及Advanced Materials等一流期刊共發表學術論文93篇，引用次數超過6100次，H因子為40。現主持與參與多項國家及省市項目，包括國家自然科學基金，廣東省科技廳，深圳市科創委和發改委等。戳我查看權澤衛教授課題組信息。

鄒勃，吉林大學超硬材料國家重點實驗室教授，長江學者特聘教授，國家杰出青年科學基金獲得者，長期從事高壓化學的研究，在光電材料、高能密度材料、負壓縮材料、富氫材料、納米材料和超分子材料的高壓研究以及高壓相截獲中取得了重要的研究成果。在JACS、Angew Chem等SCI檢索期刊發表學術論文200余篇。主持的項目包括基金委重點基金、杰青基金和面上基金等。

本文由撰稿人Qin提供，材料牛編輯整理校稿。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。