Angew. Chem. Int. Ed 具有較小帶隙（1.72 eV）的Cs2AgBiBr6非鉛雙鈣鈦礦材料

【引言】

無毒環保且穩定的無鉛鹵化物雙鈣鈦礦材料被認為是鉛基鈣鈦礦材料最有前景的替代品之一。其中Cs₂AgBiBr₆雙鈣鈦礦材料具有引人注目的光學和電學特性，使其有希望用于高效的光電器件。然而，其過大的帶隙（> 2 eV）導致其吸收性能差，限制了其進一步的應用，尤其是在光伏領域。

【研究簡介】

今日，瑞典林雪平大學高峰教授（通訊作者）課題組與合作者報道了采用結晶工程策略來調節基準雙鈣鈦礦Cs₂AgBiBr₆的帶隙。通過簡單地控制晶體的生長溫度和速度，研究人員可以將Cs₂AgBiBr₆晶體的帶隙降低?0.26 eV，達到目前已報道的在常溫常壓下純Cs₂AgBiBr₆的最小帶隙1.72 eV。帶隙變窄通過紫外可見吸收光譜和光致發光光譜得到證實。第一性原理計算表明，增強的Ag-Bi無序對此材料的能帶結構有顯著的影響，并減小了其帶隙，為實驗中觀察到的帶隙變窄效應提供了可能的解釋。這項工作為實現具有適用于光電應用的合適帶隙的無鉛雙鈣鈦礦提供了新的見解。該成果以題為“Lead-Free Halide Double Perovskite Cs₂AgBiBr₆ with Decreased Bandgap”發表在期刊Angew. Chem. Int. Ed上。林雪平大學高峰教授和寧為華博士為文章的通訊作者。第一作者為林雪平大學博士生季付翔。第一作者特別感謝導師高峰教授和寧為華、王峰兩位師兄在科研方面給予的指導和幫助！

【圖文導讀】

注：研究人員將在60 ^oC 和150 ^oC下得到的雙鈣鈦礦晶體分別命名為DP-60 和DP-150。

圖1、晶體結構表征

（a）DP-60和DP-150的晶體生長程序；

（b）DP-60和DP-150單晶的光學圖像和晶體結構；

（c）DP-60和DP-150晶體的歸一化后的粉末XRD圖；

（d）XRD圖譜中的（4 0 0）晶面的放大圖。

圖2、光學性質表征

（a）DP-60和DP-150單晶歸一化后的紫外可見吸收光譜；

（b）通過紫外可見吸收光譜計算DP-60和DP-150的間接帶隙；

（c）室溫下DP-60和DP-150單晶歸一化后的PL光譜；

（d）室溫下DP-60和DP-150單晶的時間分辨PL。

圖3、第一性原理計算

通過第一性原理計算得到的具有不同Ag-Bi無序度的Cs₂AgBiBr₆結構的電子態密度。

圖4、材料穩定性表征

放置到周圍環境下的DP-150材料隨時間變化的PXRD（a），拉曼光譜（b），UV-vis吸收光譜（c）和PL光譜（d）。

【小結】

本文通過控制單晶的生長溫度，獲得了目前已報道的常溫常壓下純Cs₂AgBiBr₆的最小帶隙。盡管不同的生長溫度對晶體結構基本沒有影響，但是與低蒸發溫度（60 ^oC）下制備的晶體相比，從高蒸發溫度（150 ^oC）下制備的晶體顯示出明顯的帶隙變窄（?0.26 eV）。我們假設這種帶隙變窄是由于與DP-60相比，DP-150中的Ag-Bi無序程度增加所致。第一性原理計算表明，當引入這種Ag-Bi無序并逐漸增加這種無序時，它最初會在帶隙之間產生孤立的缺陷態，并最終演變成新的（導/價）帶。研究者認為此較小帶隙的DP-150單晶可能適用于高效且穩定的單晶器件，例如太陽能電池和光電探測器。此外，本文提供了一種簡單而有效的方法來優化雙鈣鈦礦的帶隙，并且此方法也可能適用于其他結晶材料。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202005568

本文由季付翔提供。