Nano Letters：二維鹵化物鈣鈦礦中的缺陷改善

成果簡介：

鈣鈦礦太陽能電池一直是新一代電池研究的熱點，而鹵化物鈣鈦礦電池，以其低廉的價格和不亞于商用硅電池的效率引起了廣泛的重視，將鹵化物鈣鈦礦人工合成為二維結構后，其有望在納米電子和納米光電子領域中得到應用。

近期，加州理工大學的研究學者們在Nano Letters上發表的論文表明，二維鹵化物鈣鈦礦中的缺陷產生分為三種情況：(1)產生電荷載流子，(2)電流載荷子的俘獲，散射和重組，(3)載流子靜止。這與大多數主流的二維半導體產生缺陷的形式都不一樣，而產生差別的原因是這些材料中的化學鍵合不同。另外，研究人員進一步改變了鹵化物鈣鈦礦所處環境中的化學電勢，發現電勢的改變能夠改善鈣鈦礦中的缺陷情況。

這項成果對鹵化物鈣鈦礦中缺陷的分析具有十分重要的意義，有望進一步提高該材料的功能和性能。

圖文導讀：

封面：二維鹵化物鈣鈦礦中的缺陷

圖1：二維Rb₂PbI₄的原子結構。

說明：圖中的八面體是傾斜的，沿平面內和平面外兩個方向 。使用不含自旋軌道耦合的PBE交換相干功能計算出能隙是2.22eV，這與使用更精確的HSE+SOC方法計算出來的2.21eV的能隙吻合。這說明了使用PBE法計算能隙可行，但前提是三維結構的鈣鈦礦。

左圖：二維鈣鈦礦的原子結構。中間圖和右圖：能帶邊緣的電荷密度分布。藍色代表鉛，紅色代表碘，灰色代表銣。使用PBE和HSE+SOC方法測出來的能隙都大約是2.2eV。

圖2：兩種具有代表性的邊緣方向上能帶結構和電荷密度分布情況。

說明：這兩種邊緣方向為A向和Z向。A邊緣方向沿著簡單晶胞的軸，Z向沿著對角線方向。每個邊緣方向具有不同的結構，使用標注表示。A-p邊緣上，在晶格中鉛與銣的配位一致，因此沿邊緣形成較低的受主能級。

二維鈣鈦礦的邊緣和電子結構。A代表”armchair”方向，Z代表”zigzag”。加標注代表了特殊的結構。”-p”表示邊緣上的受主能級，”-N”表示邊緣處于中性狀態。自旋極化狀態在能帶結構中使用不同的顏色表示，電荷密度分布在插圖中使用箭頭表示。(a)A-p和Z-p邊緣，(b)其余部分。

圖3：二維鈣鈦礦的邊界情況以及電子結構。

左圖點畫線表示周期長度。受主能級的電荷密度分布如右圖所示。SI中有介紹更多的邊界結構情況。

圖4：二維鈣鈦礦中點缺陷的電子能級。

其中一個長條表示兩個合并的狀態，短條表示單一的狀態。自旋極化態用不同的顏色表示，以占用的狀態用箭頭表示。

圖5：沿兩條邊界線中點缺陷的形成能。

(a)點缺陷和線缺陷的形成能，(b)在二維鈣鈦礦中點缺陷的形成能。在線缺陷中，這里以沿著A方向的邊緣作為范例，其余的可以在SI中找到；涉及到的能量從A-N+。陰影部分表示在100攝氏度熱力學平衡的條件下，有可能在10微米大小的正方紙上形成的點缺陷。

新聞參考鏈接：A different type of defect in 2D materials

文獻鏈接：Two-Dimensional Halide Perovskites: Tuning Electronic Activities of Defects

感謝材料人編輯部張文博提供素材。