非铅钙钛矿光伏材料与器件研究进展

赵雪帆; 朱云飞; 孟凡斌; 马晓辉; 宋宏伟; 陈聪

doi:10.37188/CJL.20220050

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

非铅钙钛矿光伏材料与器件研究进展

特邀综述 | 更新时间：2022-10-19

- 非铅钙钛矿光伏材料与器件研究进展
  增强出版
- Progress of Lead-free Perovskite Photovoltaic Materials and Devices
- 发光学报 2022年43卷第6期页码：817-832
- 作者机构：
  
  1.河北工业大学材料科学与工程学院，天津　300130
  2.吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点联合实验室，吉林长春　130012
- 作者简介：
  
  [ "赵雪帆（1999-），女，河北石家庄人，硕士研究生, 2021年于河北工业大学获得学士学位，主要从事半导体光伏器件中非铅钙钛矿太阳能电池的开发与研究。Emailzxf990914@163.com" ]
  [ "孟凡斌（1969-），男，河北承德人，博士，研究员，博士生导师，2004 年于河北工业大学获得博士学位，主要从事纳米磁性功能材料、纳米电接触材料的研究。Email: mengfanbin620@163.com" ]
  [ "宋宏伟(1967-)，男，黑龙江阿城人，博士，教授，博士生导师，1996年于中国科学院长春物理研究所获得博士学位，主要从事稀土发光材料物理、光电子及生物应用的研究。Email: songhw@jlu.edu.cn" ]
  [ "陈聪（1990-），男，吉林长春人，博士，副教授, 2019年于吉林大学获得博士学位，主要从事高效与长时稳定的钙钛矿太阳能电池的研究。Email: chencong@hebut.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(62004058);河北省自然科学基金(F20202022)
- DOI：10.37188/CJL.20220050
  中图分类号： O482.31;TM914.4
- 收稿日期：2022-02-17，
  
  修回日期：2022-03-08，
  
  纸质出版日期：2022-06-05
- 稿件说明：
移动端阅览
赵雪帆,朱云飞,孟凡斌等.非铅钙钛矿光伏材料与器件研究进展[J].发光学报,2022,43(06):817-832.

ZHAO Xue-fan,ZHU Yun-fei,MENG Fan-bin,et al.Progress of Lead-free Perovskite Photovoltaic Materials and Devices[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(06):817-832.
赵雪帆,朱云飞,孟凡斌等.非铅钙钛矿光伏材料与器件研究进展[J].发光学报,2022,43(06):817-832. DOI： 10.37188/CJL.20220050.

ZHAO Xue-fan,ZHU Yun-fei,MENG Fan-bin,et al.Progress of Lead-free Perovskite Photovoltaic Materials and Devices[J].Chinese Journal of Luminescence,2022,43(06):817-832. DOI： 10.37188/CJL.20220050.

摘要

基于卤化铅的钙钛矿材料因其优良的光电性能和可溶液加工特性，近年来受到光伏及光电领域研究人员的广泛关注。然而，铅（Pb）基钙钛矿材料因其毒性和不稳定性使其无法在商业领域大规模普及应用。开发非铅钙钛矿光吸收材料能够有效降低其环境毒性，是未来新一代光伏技术发展的主要趋势。本文综述了非铅钙钛矿光电材料目前的最新研究进展，系统讨论了其晶体结构、理化性质、光伏特性及其场景应用。我们重点综述了结构相似于卤化铅钙钛矿的三维非铅钙钛矿化合物的研究进展，同时还探讨了二维Ruddlesden⁃Popper相、低维缺陷相非铅钙钛矿化合物和非钙钛矿类化合物的研究进展。本文能够为获得安全、稳定、环境友好的新一代光电材料提供重要借鉴。

Abstract

Lead halide based perovskites have received a lot of attention from researchers in photovoltaic and optoelectronic fields in recent years due to their excellent photovoltaic properties and solution processable characteristics. However， the toxicity and instability of lead（Pb）-based perovskite have prevented them from being used in commercial applications on a large scale. The development of lead-free perovskite light-absorbing materials can effectively reduce their environmental toxicity and is a major trend in the future development of next-generation photovoltaic technologies. Here， we review the latest research progress of lead-free perovskite photovoltaic materials and systematically discuss their crystal structures， physicochemical properties， photovoltaic characteristics and their scenario applications. We focus on reviewing the research progress of three-dimensional non-lead chalcogenide compounds with structures similar to lead halide octahedra， and also discuss the research progress of two-dimensional Ruddlesden-Popper phase， low-dimensional defective phase lead-free perovskite compounds and non-perovskite compounds. Hoping this paper can provide an important reference for obtaining safe， stable and environmentally friendly next-generation optoelectronic materials.

关键词

Keywords

references

KOJIMA A ， TESHIMA K ， SHIRAI Y ， et al . Organometal halide perovskites as visible‑light sensitizers for photovoltaic cells ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2009 ， 131 （ 17 ）： 6050 - 6051 . doi: 10.1021/ja809598r http://dx.doi.org/10.1021/ja809598r

MIN H ， LEE D Y ， KIM J ， et al . Perovskite solar cells with atomically coherent interlayers on SnO 2 electrodes ［J］. Nature ， 2021 ， 598 （ 7881 ）： 444 - 450 . doi: 10.1038/s41586-021-03964-8 http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03964-8

杨立群，马晓辉，郑士建，等 . 柔性钙钛矿太阳能电池中电极材料和电荷传输材料的研究进展［J］. 发光学报， 2020 ， 41 （ 10 ）： 1175 - 1194 . doi: 10.37188/CJL.20200192 http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200192

YANG L Q ， MA X H ， ZHENG S J ， et al . Research progress on electrode materials and charge transport materials in flexible perovskite solar cells ［J］. Chin. J. Lumin. ， 2020 ， 41 （ 10 ）： 1175 - 1194 . （in Chinese） . doi: 10.37188/CJL.20200192 http://dx.doi.org/10.37188/CJL.20200192

WALSH A ， SCANLON D O ， CHEN S Y ， et al . Self-regulation mechanism for charged point defects in hybrid halide perovskites ［J］. Angew. Chem. ， 2015 ， 127 （ 6 ）： 1811 - 1814 . doi: 10.1002/ange.201409740 http://dx.doi.org/10.1002/ange.201409740

BABAYIGIT A ， ETHIRAJAN A ， MULLER M ， et al . Toxicity of organometal halide perovskite solar cells ［J］. Nat.Mater. ， 2016 ， 15 （ 3 ）： 247 - 251 . doi: 10.1038/nmat4572 http://dx.doi.org/10.1038/nmat4572

BABAYIGIT A ， THANH D D ， ETHIRAJAN A ， et al . Assessing the toxicity of Pb-and Sn-based perovskite solar cells in model organism Daniorerio ［J］. Sci.Rep. ， 2016 ， 6 （ 1 ）： 18721-1-11 . doi: 10.1038/srep18721 http://dx.doi.org/10.1038/srep18721

LI J M ， CAO H L ， JIAO W B ， et al . Biological impact of lead from halide perovskites reveals the risk of introducing a safe threshold ［J］. Nat. Commun. ， 2020 ， 11 （ 1 ）： 310-1-5 . doi: 10.1038/s41467-019-13910-y http://dx.doi.org/10.1038/s41467-019-13910-y

BARTESAGHI D ， RAY A ， JIANG J K ， et al . Partially replacing Pb 2+ by Mn 2+ in hybrid metal halide perovskites：structural and electronic properties ［J］. APL Mater. ， 2018 ， 6 （ 12 ）： 121106-1-11 . doi: 10.1063/1.5060953 http://dx.doi.org/10.1063/1.5060953

LENG M Y ， YANG Y ， ZENG K ， et al . All-inorganic bismuth-based perovskite quantum dots with bright blue photoluminescence and excellent stability ［J］. Adv. Funct. Mater. ， 2018 ， 28 （ 1 ）： 1704446-1-11 . doi: 10.1002/adfm.201704446 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201704446

SHAO S Y ， LIU J ， PORTALE G ， et al . Highly reproducible Sn-based hybrid perovskite solar cells with 9% efficiency ［J］. Adv. Energy Mater. ， 2018 ， 8 （ 4 ）： 1702019-1-10 . doi: 10.1002/aenm.201702019 http://dx.doi.org/10.1002/aenm.201702019

CAO J P ， TAI Q D ， YOU P ， et al . Enhanced performance of tin-based perovskite solar cells induced by an ammonium hypophosphite additive ［J］. J. Mater. Chem. A ， 2019 ， 7 （ 46 ）： 26580 - 26585 . doi: 10.1039/c9ta08679j http://dx.doi.org/10.1039/c9ta08679j

TSAREV S ， BOLDYREVA A G ， LUCHKIN S Y ， et al . Hydrazinium-assisted stabilisation of methylammonium tin iodide for lead-free perovskite solar cells ［J］. J. Mater. Chem. A ， 2018 ， 6 （ 43 ）： 21389 - 21395 . doi: 10.1039/c8ta07699e http://dx.doi.org/10.1039/c8ta07699e

SAPAROV B ， MITZI D B . Organic⁃inorganic perovskites：structural versatility for functional materials design ［J］. Chem. Rev. ， 2016 ， 116 （ 7 ）： 4558 - 4596 . doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00715 http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00715

CORTECCHIA D ， DEWI H A ， YIN J ， et al . Lead-free MA 2 CuCl x Br 4– x hybrid perovskites ［J］. Inorg. Chem. ， 2016 ， 55 （ 3 ）： 1044 - 1052 . doi: 10.1021/acs.inorgchem.5b01896 http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5b01896

RANDALL C A ， BHALLA A S ， SHROUT T R ， et al . Classification and consequences of complex lead perovskite ferroelectrics with regard to B-site cation order ［J］. J. Mater. Res. ， 1990 ， 5 （ 4 ）： 829 - 834 . doi: 10.1557/jmr.1990.0829 http://dx.doi.org/10.1557/jmr.1990.0829

GOLDSCHMIDT V M . Die gesetze der krystallochemie ［J］. Naturwissenschaften ， 1926 ， 14 （ 21 ）： 477 - 485 . doi: 10.1007/bf01507527 http://dx.doi.org/10.1007/bf01507527

URIBE J I ， RAMIREZ D ， OSORIO-GUILLÉN J M ， et al . CH 3 NH 3 CaI 3 perovskite：synthesis，characterization，and first-principles studies ［J］. J. Phys. Chem. C ， 2016 ， 120 （ 30 ）： 16393 - 16398 . doi: 10.1021/acs.jpcc.6b04207 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.6b04207

KIESLICH G ， SUN S J ， CHEETHAM A K . Solid-state principles applied to organic-inorganic perovskites：new tricks for an old dog ［J］. Chem. Sci. ， 2014 ， 5 （ 12 ）： 4712 - 4715 . doi: 10.1039/C4SC02211D http://dx.doi.org/10.1039/C4SC02211D

SHAHIDUZZAMAN M ， MUSLIH E Y ， HASAN A K M ， et al . The benefits of ionic liquids for the fabrication of efficient and stable perovskite photovoltaics ［J］. Chem. Eng. J. ， 2021 ， 411 ： 128461-1 - 15 . doi: 10.1016/j.cej.2021.128461 http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2021.128461

CHEN Z ， WANG J J ， REN Y H ， et al . Schottky solar cells based on CsSnI 3 thin-films ［J］. Appl. Phys. Lett. ， 2012 ， 101 （ 9 ）： 093901-1-4 . doi: 10.1063/1.4748888 http://dx.doi.org/10.1063/1.4748888

LIN S ， ZHANG B P ， LÜ T Y ， et al . Inorganic lead-free B-γ-CsSnI 3 perovskite solar cells using diverse electron-transporting materials：a simulation study ［J］. ACS Omega ， 2021 ， 6 （ 40 ）： 26689 - 26698 . doi: 10.1021/acsomega.1c04096 http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.1c04096

PENG L P ， XIE W . Theoretical and experimental investigations on the bulk photovoltaic effect in lead-free perovskites MASnI 3 and FASnI 3 ［J］. RSC Adv. ， 2020 ， 10 （ 25 ）： 14679 - 14688 . doi: 10.1039/d0ra02584d http://dx.doi.org/10.1039/d0ra02584d

SHI TT ， ZHANG H S ， MENG W W ， et al . Effects of organic cations on the defect physics of tin halide perovskites ［J］. J. Mater. Chem. A ， 2017 ， 5 （ 29 ）： 15124 - 15129 . doi: 10.1039/c7ta02662e http://dx.doi.org/10.1039/c7ta02662e

TAKAHASHI Y ， OBARA R ， LIN Z Z ， et al . Charge-transport in tin-iodide perovskite CH 3 NH 3 SnI 3 ：origin of high conductivity ［J］. Dalton Trans. ， 2011 ， 40 （ 20 ）： 5563 - 5568 . doi: 10.1039/c0dt01601b http://dx.doi.org/10.1039/c0dt01601b

WANG F ， MA J L ， XIE F Y ， et al . Organic cation-dependent degradation mechanism of organotin halide perovskites ［J］. Adv. Funct. Mater. ， 2016 ， 26 （ 20 ）： 3417 - 3423 . doi: 10.1002/adfm.201505127 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201505127

WANG C B ， GU F D ， ZHAO Z R ， et al . Self-repairing tin-based perovskite solar cells with a breakthrough efficiency over 11% ［J］. Adv. Mater. ， 2020 ， 32 （ 31 ）： 1907623-1-9 . doi: 10.1002/adma.201907623 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201907623

MARSHALL K P ， WALKER M ， WALTON R I ， et al . Enhanced stability and efficiency in hole-transport-layer-free CsSnI 3 perovskite photovoltaics ［J］. Nat. Energy ， 2016 ， 1 （ 12 ）： 16178-1-9 . doi: 10.1038/nenergy.2016.178 http://dx.doi.org/10.1038/nenergy.2016.178

YU B B ， CHEN Z H ， ZHU Y D ， et al . Heterogeneous 2D/3D Tin-halides perovskite solar cells with certified conversion efficiency breaking 14% ［J］. Adv. Mater. ， 2021 ， 33 （ 36 ）： 2102055-1-10 . doi: 10.1002/adma.202102055 http://dx.doi.org/10.1002/adma.202102055

JIANG X Y ， WANG F ， WEI Q ， et al . Ultra-high open-circuit voltage of tin perovskite solar cells via an electron transporting layer design ［J］. Nat. Commun. ， 2020 ， 11 （ 1 ）： 1245-1-7 . doi: 10.1038/s41467-020-15078-2 http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-15078-2

SONG T B ， CHEN Q ， ZHOU H P ， et al . Perovskite solar cells：film formation and properties ［J］. J. Mater. Chem. A ， 2015 ， 3 （ 17 ）： 9032 - 9050 . doi: 10.1039/c4ta05246c http://dx.doi.org/10.1039/c4ta05246c

JIANG X Y ， LI H S ， ZHOU Q L ， et al . One-step synthesis of SnI 2 ·（DMSO） x adducts for high-performance tin perovskite solar cells ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2021 ， 143 （ 29 ）： 10970 - 10976 . doi: 10.1021/jacs.1c03032 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.1c03032

LIU X ， WANG Y B ， WU T H ， et al . Efficient and stable tin perovskite solar cells enabled by amorphous-polycrystalline structure ［J］. Nat. Commun. ， 2020 ， 11 （ 1 ）： 2678-1-7 . doi: 10.1038/s41467-020-16561-6 http://dx.doi.org/10.1038/s41467-020-16561-6

LIN R X ， XU J ， WEI M Y ， et al . All-perovskite tandem solar cells with improved grain surface passivation ［J］. Nature ， 2022 ， 603 （ 7899 ）： 73 - 78 . doi: 10.1038/s41586-021-04372-8 http://dx.doi.org/10.1038/s41586-021-04372-8

STOUMPOS C C ， FRAZER L ， CLARK D J ， et al . Hybrid germanium iodide perovskite semiconductors：active lone pairs，structural distortions，direct and indirect energy gaps，and strong nonlinear optical properties ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2015 ， 137 （ 21 ）： 6804 - 6819 . doi: 10.1021/jacs.5b01025 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.5b01025

KRISHNAMOORTHY T ， DING H ， YAN C ， et al . Lead-free germanium iodide perovskite materials for photovoltaic applications ［J］. J. Mater. Chem. A ， 2015 ， 3 （ 47 ）： 23829 - 23832 . doi: 10.1039/c5ta05741h http://dx.doi.org/10.1039/c5ta05741h

SUN P P ， LI Q S ， YANG L N ， et al . Theoretical insights into a potential lead-free hybrid perovskite：substituting Pb 2+ with Ge 2+ ［J］. Nanoscale ， 2016 ， 8 （ 3 ）： 1503 - 1512 . doi: 10.1039/c5nr05337d http://dx.doi.org/10.1039/c5nr05337d

HIMA A ， LAKHDAR N J . Enhancement of efficiency and stability of CH 3 NH 3 GeI 3 solar cells with CuSbS 2 ［J］. Opt. Mater. ， 2020 ， 99 ： 109607-1 - 4 . doi: 10.1016/j.optmat.2019.109607 http://dx.doi.org/10.1016/j.optmat.2019.109607

KOPACIC I ， FRIESENBICHLER B ， HOEFLER S F ， et al . Enhanced performance of germanium halide perovskite solar cells through compositional engineering ［J］. ACS Appl. Energy Mater. ， 2018 ， 1 （ 2 ）： 343 - 347 . doi: 10.1021/acsaem.8b00007 http://dx.doi.org/10.1021/acsaem.8b00007

DING J N ， CHEN M J ， QIU J H ， et al . Photovoltaic properties of ferroelectric solar cells based on polycrystalline BiFeO 3 films sputtered on indium tin oxide substrates ［J］. Sci. China Phys. ，Mech. Astron.， 2015 ， 58 （ 3 ）： 1 - 6 . doi: 10.1007/s11433-014-5552-8 http://dx.doi.org/10.1007/s11433-014-5552-8

ZHAO S ， YAMAMOTO K ， IIKUBO S ， et al . First-principles study of electronic and optical properties of lead-free double perovskites Cs 2 Na BX 6 （ B = S b，Bi； X = Cl，Br，I）［J］. J. Phys. Chem. Solids ， 2018 ， 117 ： 117 - 121 . doi: 10.1016/j.jpcs.2018.02.032 http://dx.doi.org/10.1016/j.jpcs.2018.02.032

ZHAO X G ， YANG J H ， FU Y H ， et al . Design of lead-free inorganic halide perovskites for solar cells via cation-transmutation ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2017 ， 139 （ 7 ）： 2630 - 2638 . doi: 10.1021/jacs.6b09645 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.6b09645

XIAO Z W ， DU K Z ， MENG W W ， et al . Intrinsic instability of Cs 2 In（Ⅰ） M （Ⅲ） X 6 （ M =Bi，Sb； X =alogen） double perovskites：a combined density functional theory and experimental study ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2017 ， 139 （ 17 ）： 6054 - 6057 . doi: 10.1021/jacs.7b02227 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.7b02227

MCCLURE E T ， BALL M R ， WINDL W ， et al . Cs 2 AgBi X 6 （ X =Br，Cl）：new visible light absorbing，lead-free halide perovskite semiconductors ［J］. Chem. Mater. ， 2016 ， 28 （ 5 ）： 1348 - 1354 . doi: 10.1021/acs.chemmater.5b04231 http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b04231

SLAVNEY A H ， HU T ， LINDENBERG A M ， et al . A bismuth-halide double perovskite with long carrier recombination lifetime for photovoltaic applications ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2016 ， 138 （ 7 ）： 2138 - 2141 . doi: 10.1021/jacs.5b13294 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.5b13294

WU C C ， ZHANG Q H ， LIU Y ， et al . The dawn of lead-free perovskite solar cell：highly stable double perovskite Cs 2 AgBiBr 6 film ［J］. Adv. Sci. ， 2018 ， 5 （ 3 ）： 1700759-1-8 . doi: 10.1002/advs.201700759 http://dx.doi.org/10.1002/advs.201700759

DAEM N ， DEWALQUE J ， LANG F ， et al . Spray-coated lead-free Cs 2 AgBiBr 6 double perovskite solar cells with high open-circuit voltage ［J］. Solar RRL ， 2021 ， 5 （ 9 ）： 2100422-1-8 . doi: 10.1002/solr.202100422 http://dx.doi.org/10.1002/solr.202100422

SLAVNEY A H ， LEPPERT L ， BARTESAGHI D ， et al . Defect-induced band-edge reconstruction of a bismuth-halide double perovskite for visible-light absorption ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2017 ， 139 （ 14 ）： 5015 - 5018 . doi: 10.1021/jacs.7b01629 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.7b01629

ZHANG Z H ， WU C C ， WANG D ， et al . Efficient nonlead double perovskite solar cell with multiple hole transport layers ［J］. ACS Appl. Energy Mater. ， 2020 ， 3 （ 10 ）： 9594 - 9599 . doi: 10.1021/acsaem.0c01066 http://dx.doi.org/10.1021/acsaem.0c01066

YANG Y ， LIU C ， CAI M L ， et al . Dimension-controlled growth of antimony-based perovskite-like halides for lead-free and semitransparent photovoltaics ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2020 ， 12 （ 14 ）： 17062 - 17069 . doi: 10.1021/acsami.0c00681 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c00681

REN H ， YU S D ， CHAO L F ， et al . Efficient and stable Ruddlesden⁃Popper perovskite solar cell with tailored interlayer molecular interaction ［J］. Nat. Photonics ， 2020 ， 14 （ 3 ）： 154 - 163 . doi: 10.1038/s41566-019-0572-6 http://dx.doi.org/10.1038/s41566-019-0572-6

MA L ， JU M G ， DAI J ， et al . Tin and germanium based two-dimensional Ruddlesden-Popper hybrid perovskites for potential lead-free photovoltaic and photoelectronic applications ［J］. Nanoscale ， 2018 ， 10 （ 24 ）： 11314 - 11319 . doi: 10.1039/c8nr03589j http://dx.doi.org/10.1039/c8nr03589j

MITZI D B . Synthesis，crystal structure，and optical and thermal properties of （C 4 H 9 NH 3 ） 2 M I 4 （ M = Ge，Sn，Pb）［J］. Chem. Mater. ， 1996 ， 8 （ 3 ）： 791 - 800 . doi: 10.1021/cm9505097 http://dx.doi.org/10.1021/cm9505097

CAO D H ， STOUMPOS C C ， YOKOYAMA T ， et al . Thin films and solar cells based on semiconducting two-dimensional Ruddlesden-Popper （CH 3 （CH 2 ） 3 NH 3 ） 2 （CH 3 NH 3 ） n -1 Sn n I 3 n +1 perovskites ［J］. ACS Energy Lett. ， 2017 ， 2 （ 5 ）： 982 - 990 . doi: 10.1021/acsenergylett.7b00202 http://dx.doi.org/10.1021/acsenergylett.7b00202

XU H Y ， JIANG Y Z ， HE T W ， et al . Orientation regulation of tin-based reduced-dimensional perovskites for highly efficient and stable photovoltaics ［J］. Adv. Funct. Mater. ， 2019 ， 29 （ 47 ）： 1807696-1-11 . doi: 10.1002/adfm.201807696 http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201807696

CHENG P F ， WU T ， ZHANG J W ， et al . （C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3 ） 2 GeI 4 ：a layered two-dimensional perovskite with potential for photovoltaic applications ［J］. J. Phys. Chem. Lett. ， 2017 ， 8 （ 18 ）： 4402 - 4406 . doi: 10.1021/acs.jpclett.7b01985 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.7b01985

CUI X P ， JIANG K J ， HUANG J H ， et al . Cupric bromide hybrid perovskite heterojunction solar cells ［J］. Synth. Met. ， 2015 ， 209 ： 247 - 250 . doi: 10.1016/j.synthmet.2015.07.013 http://dx.doi.org/10.1016/j.synthmet.2015.07.013

CHENG Z Y ， LIN J . Layered organic-inorganic hybrid perovskites：structure，optical properties，film preparation，patterning and templating engineering ［J］. CrystEngComm ， 2010 ， 12 （ 10 ）： 2646 - 2662 . doi: 10.1039/c001929a http://dx.doi.org/10.1039/c001929a

POLYAKOV A O ， ARKENBOUT A H ， BAAS J ， et al . Coexisting ferromagnetic and ferroelectric order in a CuCl 4 -based organic-inorganic hybrid ［J］. Chem. Mater. ， 2012 ， 24 （ 1 ）： 133 - 139 . doi: 10.1021/cm2023696 http://dx.doi.org/10.1021/cm2023696

BOIX P P ， AGARWALA S ， KOH T M ， et al . Perovskite solar cells：beyond methylammonium lead iodide ［J］. J. Phys. Chem. Lett. ， 2015 ， 6 （ 5 ）： 898 - 907 . doi: 10.1021/jz502547f http://dx.doi.org/10.1021/jz502547f

LI X L ， LI B C ， CHANG J H ， et al . （C 6 H 5 CH 2 NH 3 ） 2 CuBr 4 ：a lead-free，highly stable two-dimensional perovskite for solar cell applications ［J］. ACS Appl. Energy Mater. ， 2018 ， 1 （ 6 ）： 2709 - 2716 . doi: 10.1021/acsaem.8b00372 http://dx.doi.org/10.1021/acsaem.8b00372

ELSEMAN A M ， SHALAN A E ， SAJID S ， et al . Copper-substituted lead perovskite materials constructed with different halides for working （CH 3 NH 3 ） 2 Cu X 4 -based perovskite solar cells from experimental and theoretical view ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2018 ， 10 （ 14 ）： 11699 - 11707 . doi: 10.1021/acsami.8b00495 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.8b00495

BOIX P P ， NONOMURA K ， MATHEWS N ， et al . Current progress and future perspectives for organic/inorganic perovskite solar cells ［J］. Mater. Today ， 2014 ， 17 （ 1 ）： 16 - 23 . doi: 10.1016/j.mattod.2013.12.002 http://dx.doi.org/10.1016/j.mattod.2013.12.002

LI C ， LU X ， DING W ， et al . Formability of ABX 3 （ X =F，Cl，Br，I） halide perovskites ［J］. Acta Crystallogr . B， 2008 ， 64 （ Pt 6 ）： 702 - 707 . doi: 10.1107/s0108768108032734 http://dx.doi.org/10.1107/s0108768108032734

FANG Y Y ， ZHANG L ， WU L W ， et al . Pressure-induced emission（PIE） and phase transition of a two-dimensional halide double perovskite （ BA ） 4 AgBiBr 8 （ BA =CH 3 （CH 2 ） 3 NH 3+ ）［J］. Angew. Chem. Int. Ed. ， 2019 ， 58 （ 43 ）： 15249 - 15253 . doi: 10.1002/anie.201906311 http://dx.doi.org/10.1002/anie.201906311

CONNOR B A ， LEPPERT L ， SMITH M D ， et al . Layered halide double perovskites：dimensional reduction of Cs 2 AgBiBr 6 ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2018 ， 140 （ 15 ）： 5235 - 5240 . doi: 10.1021/jacs.8b01543 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.8b01543

CASTRO-CASTRO L M ， GULOY A M . Organic-based layered perovskites of mixed-valent gold（Ⅰ）/gold （Ⅲ） iodides ［J］. Angew. Chem. ， 2003 ， 115 （ 24 ）： 2877 - 2880 . doi: 10.1002/anie.200350929 http://dx.doi.org/10.1002/anie.200350929

GLÜCK N ， BEIN T . Prospects of lead-free perovskite-inspired materials for photovoltaic applications ［J］. Energy Environ. Sci. ， 2020 ， 13 （ 12 ）： 4691 - 4716 . doi: 10.1039/d0ee01651a http://dx.doi.org/10.1039/d0ee01651a

LEHNER A J ， FABINI D H ， EVANS H A ， et al . Crystal and electronic structures of complex bismuth iodides A 3 Bi 2 I 9 （ A = K，Rb，Cs） related to perovskite：aiding the rational design of photovoltaics ［J］. Chem. Mater. ， 2015 ， 27 （ 20 ）： 7137 - 7148 . doi: 10.1021/acs.chemmater.5b03147 http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.5b03147

PARK J G ， HONG K H . Dual-site compositional engineering of bismuth-based halide perovskites for stable and efficient lead-free solar cells ［J］. J. Phys. Chem. C ， 2021 ， 125 （ 24 ）： 13138 - 13145 . doi: 10.1021/acs.jpcc.1c02057 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c02057

JOHANSSON M B ， ZHU H M ， JOHANSSON E M J . Extended photo-conversion spectrum in low-toxic bismuth halide perovskite solar cells ［J］. J. Phys. Chem. Lett. ， 2016 ， 7 （ 17 ）： 3467 - 3471 . doi: 10.1021/acs.jpclett.6b01452 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.6b01452

TONG X W ， KONG W Y ， WANG Y Y ， et al . High-performance red-light photodetector based on lead-free bismuth halide perovskite film ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2017 ， 9 （ 22 ）： 18977 - 18985 . doi: 10.1021/acsami.7b04616 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.7b04616

XIONG Z ， HU W ， SHE Y ， et al . Air-stable lead-free perovskite thin film based on CsBi 3 I 10 and its application in resistive switching devices ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2019 ， 11 （ 33 ）： 30037 - 30044 . doi: 10.1021/acsami.9b09080 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.9b09080

ZUO C T ， DING L M . Lead-free perovskite materials （NH 4 ） 3 Sb 2 I x Br 9- x ［J］. Angew.Chem. Int. Ed. ， 2017 ， 56 （ 23 ）： 6528 - 6532 . doi: 10.1002/anie.201702265 http://dx.doi.org/10.1002/anie.201702265

UMAR F ， ZHANG J ， JIN Z X ， et al . Dimensionality controlling of Cs 3 Sb 2 I 9 for efficient all-inorganic planar thin film solar cells by HCl-assisted solution method ［J］. Adv. Opt. Mater. ， 2019 ， 7 （ 5 ）： 1801368-1-9 . doi: 10.1002/adom.201801368 http://dx.doi.org/10.1002/adom.201801368

ULLAH S ， WANG J M ， YANG P X ， et al . Lead-free Cs 2 SnI 6 perovskites for optoelectronic applications：recent developments and perspectives ［J］. Solar RRL ， 2021 ， 5 （ 5 ）： 2000830-1-26 . doi: 10.1002/solr.202100172 http://dx.doi.org/10.1002/solr.202100172

QIU X F ， CAO B Q ， YUAN S ， et al . From unstable CsSnI 3 to air-stable Cs 2 SnI 6 ：a lead-free perovskite solar cell light absorber with bandgap of 1.48 eV and high absorption coefficient ［J］. Solar Energy Mater. Solar Cells ， 2017 ， 159 ： 227 - 234 . doi: 10.1016/j.solmat.2016.09.022 http://dx.doi.org/10.1016/j.solmat.2016.09.022

LEE B ， KRENSELEWSKI A ， BAIK S I ， et al . Solution processing of air-stable molecular semiconducting iodosalts，Cs 2 SnI 6- x Br x ，for potential solar cell applications ［J］. Sustainable Energy Fuels ， 2017 ， 1 （ 4 ）： 710 - 724 . doi: 10.1039/c7se00100b http://dx.doi.org/10.1039/c7se00100b

AHMAD K ， KUMAR P ， MOBIN S M . Inorganic Pb-free perovskite light absorbers for efficient perovskite solar cells with enhanced performance ［J］. Chem. Asian J. ， 2020 ， 15 （ 18 ）： 2859 - 2863 . doi: 10.1002/asia.202000680 http://dx.doi.org/10.1002/asia.202000680

BAI F ， HU Y H ， HU Y Q ， et al . Lead-free，air-stable ultrathin Cs 3 Bi 2 I 9 perovskite nanosheets for solar cells ［J］. Solar Energy Mater. Solar Cells ， 2018 ， 184 ： 15 - 21 . doi: 10.1016/j.solmat.2018.04.032 http://dx.doi.org/10.1016/j.solmat.2018.04.032

JAIN S M ， PHUYAL D ， DAVIES M L ， et al . An effective approach of vapour assisted morphological tailoring for reducing metal defect sites in lead-free，（CH 3 NH 3 ） 3 Bi 2 I 9 bismuth-based perovskite solar cells for improved performance and long-term stability ［J］. Nano Energy ， 2018 ， 49 ： 614 - 624 . doi: 10.1016/j.nanoen.2018.05.003 http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.05.003

BOOPATHI K M ， KARUPPUSWAMY P ， SINGH A ， et al . Solution-processable antimony-based light-absorbing materials beyond lead halide perovskites ［J］. J. Mater. Chem. A ， 2017 ， 5 （ 39 ）： 20843 - 20850 . doi: 10.1039/c7ta06679a http://dx.doi.org/10.1039/c7ta06679a

KARUPPUSWAMY P ， BOOPATHI K M ， MOHAPATRA A ， et al . Role of a hydrophobic scaffold in controlling the crystallization of methylammonium antimony iodide for efficient lead-free perovskite solar cells ［J］. Nano Energy ， 2018 ， 45 ： 330 - 336 . doi: 10.1016/j.nanoen.2017.12.051 http://dx.doi.org/10.1016/j.nanoen.2017.12.051

LI Y B ， XU Z Y ， LIU X T ， et al . Two heteromorphic crystals of antimony-based hybrids showing tunable optical band gaps and distinct photoelectric responses ［J］. Inorg. Chem. ， 2019 ， 58 （ 9 ）： 6544 - 6549 . doi: 10.1021/acs.inorgchem.9b00718 http://dx.doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b00718

ZHANG R L ， MAO X ， YANG Y ， et al . Air-stable，lead-free zero-dimensional mixed bismuth-antimony perovskite single crystals with ultra-broadband emission ［J］. Angew. Chem. Int. Ed. ， 2019 ， 58 （ 9 ）： 2725 - 2729 . doi: 10.1002/anie.201812865 http://dx.doi.org/10.1002/anie.201812865

CHEN M ， JU M G ， CARL A D ， et al . Cesium titanium（Ⅳ） bromide thin films based stable lead-free perovskite solar cells ［J］. Joule ， 2018 ， 2 （ 3 ）： 558 - 570 . doi: 10.1016/j.joule.2018.01.009 http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2018.01.009

EUVRARD J ， WANG X M ， LI T Y ， et al . Is Cs 2 TiBr 6 a promising Pb-free perovskite for solar energy applications？［J］. J. Mater. Chem. A ， 2020 ， 8 （ 7 ）： 4049 - 4054 . doi: 10.1039/c9ta13870f http://dx.doi.org/10.1039/c9ta13870f

SAKAI N ， HAGHIGHIRAD A A ， FILIP M R ， et al . Solution-processed cesium hexabromopalladate（Ⅳ），Cs 2 PdBr 6 ，for optoelectronic applications ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2017 ， 139 （ 17 ）： 6030 - 6033 . doi: 10.1021/jacs.6b13258 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.6b13258

TURKEVYCH I ， KAZAOUI S ， ITO E ， et al . Photovoltaic rudorffites：lead-free silver bismuth halides alternative to hybrid lead halide perovskites ［J］. ChemSusChem ， 2017 ， 10 （ 19 ）： 3754 - 3759 . doi: 10.1002/cssc.201700980 http://dx.doi.org/10.1002/cssc.201700980

ZHANG Q H ， WU C C ， QI X ， et al . Photovoltage approaching 0.9 V for planar heterojunction silver bismuth iodide solar cells with Li-TFSI additive ［J］. ACS Appl. Energy Mater. ， 2019 ， 2 （ 5 ）： 3651 - 3656 . doi: 10.1021/acsaem.9b00366 http://dx.doi.org/10.1021/acsaem.9b00366

PAI N ， LU J F ， GENGENBACH T R ， et al . Silver bismuth sulfoiodide solar cells：tuning optoelectronic properties by sulfide modification for enhanced photovoltaic performance ［J］. Appl. Energy Mater. ， 2019 ， 9 （ 5 ）： 1803396-1-11 . doi: 10.1002/aenm.201803396 http://dx.doi.org/10.1002/aenm.201803396

SUN J F ， SINGH D J . Electronic properties，screening，and efficient carrier transport in NaSbS 2 ［J］. Phys. Rev. Appl. ， 2017 ， 7 （ 2 ）： 024015-1-6 . doi: 10.1103/physrevapplied.7.024015 http://dx.doi.org/10.1103/physrevapplied.7.024015

RAHAYU S U ， CHOU C L ， SURIYAWONG N ， et al . Sodium antimony sulfide（NaSbS 2 ）：turning an unexpected impurity into a promising，environmentally friendly novel solar absorber material ［J］. APL Mater. ， 2016 ， 4 （ 11 ）： 116103-1-7 . doi: 10.1063/1.4967206 http://dx.doi.org/10.1063/1.4967206

RAMACHANDRAN A A ， KRISHNAN B ， AVELLANEDA D A ， et al . Development of lead-free Cu 2 BiI 5 rudorffite thin films for visible light photodetector application ［J］. Appl. Surf. Sci. ， 2021 ， 564 ： 150438-1 - 10 . doi: 10.1016/j.apsusc.2021.150438 http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2021.150438

HEO J H ， KIM J ， KIM H ， et al . Roles of Sn X 2 （ X ，F，Cl，Br） additives in tin-based halide perovskites toward highly efficient and stable lead-free perovskite solar cells ［J］. J. Phys. Chem. Lett. ， 2018 ， 9 （ 20 ）： 6024 - 6031 . doi: 10.1021/acs.jpclett.8b02555 http://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b02555

NOEL N K ， STRANKS S D ， ABATE A ， et al . Lead-free organic-inorganic tin halide perovskites for photovoltaic applications ［J］. Energy Environ. Sci. ， 2014 ， 7 （ 9 ）： 3061 - 3068 . doi: 10.1039/c4ee01076k http://dx.doi.org/10.1039/c4ee01076k

HAO F ， STOUMPOS C C ， GUO P J ， et al . Solvent-mediated crystallization of CH 3 NH 3 SnI 3 films for heterojunction depleted perovskite solar cells ［J］. J. Am. Chem. Soc. ， 2015 ， 137 （ 35 ）： 11445 - 11452 . doi: 10.1021/jacs.5b06658 http://dx.doi.org/10.1021/jacs.5b06658

LI F Z ， ZHANG C S ， HUANG J H ， et al . A cation-exchange approach for the fabrication of efficient methylammonium tin iodide perovskite solar cells ［J］. Angew. Chem. Int. Ed. ， 2019 ， 58 （ 20 ）： 6688 - 6692 . doi: 10.1002/anie.201902418 http://dx.doi.org/10.1002/anie.201902418

KOH T M ， KRISHNAMOORTHY T ， YANTARA N ， et al . Formamidinium tin-based perovskite with low E g for photovoltaic applications ［J］. J. Mater. Chem. A ， 2015 ， 3 （ 29 ）： 14996 - 15000 . doi: 10.1039/c5ta00190k http://dx.doi.org/10.1039/c5ta00190k

WANG F ， JIANG X Y ， CHEN H ， et al . 2D-quasi-2D-3D hierarchy structure for tin perovskite solar cells with enhanced efficiency and stability ［J］. Joule ， 2018 ， 2 （ 12 ）： 2732 - 2743 . doi: 10.1016/j.joule.2018.09.012 http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2018.09.012

RAN C X ， GAO W Y ， LI J R ， et al . Conjugated organic cations enable efficient self-healing FASnI 3 solar cells ［J］. Joule ， 2019 ， 3 （ 12 ）： 3072 - 3087 . doi: 10.1016/j.joule.2019.08.023 http://dx.doi.org/10.1016/j.joule.2019.08.023

GREUL E ， PETRUS M L ， BINEK A ， et al . Highly stable，phase pure Cs 2 AgBiBr 6 double perovskite thin films for optoelectronic applications ［J］. J. Mater. Chem. A ， 2017 ， 5 （ 37 ）： 19972 - 19981 . doi: 10.1039/c7ta06816f http://dx.doi.org/10.1039/c7ta06816f

IGBARI F ， WANG R ， WANG Z K ， et al . Composition stoichiometry of Cs 2 AgBiBr 6 films for highly efficient lead-free perovskite solar cells ［J］. Nano Lett. ， 2019 ， 19 （ 3 ）： 2066 - 2073 . doi: 10.1021/acs.nanolett.9b00238 http://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b00238

LI J B ， DUAN J L ， DU J ， et al . Alkali metal ion-regulated lead-free，all-inorganic double perovskites for HTM-free，carbon-based solar cells ［J］. ACS Appl. Mater. Interfaces ， 2020 ， 12 （ 42 ）： 47408 - 47415 . doi: 10.1021/acsami.0c11770 http://dx.doi.org/10.1021/acsami.0c11770

浏览量

2052

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

Cs₂（Ag∶Cu）BiBr₆双钙钛矿太阳能电池

无铅钙钛矿发光二极管的实现及研究进展

钙钛矿发光-光电器件中的光谱调控