【二维钙钛矿材料的结构与性能概述1300字】

二维钙钛矿材料的结构与性能概述有机胺离子的引入破坏了原有的BX6所构成的立方八面体对称性，不再满足钙钛矿结构容忍引自满足的范围，所以二维钙钛矿家族一般采用Ruddlesden-Popper型晶体结构来提高自身的稳定性。图1-6Ruddlesden-Popper型二维钙钛矿合成示意图（图片引自文献[14]）这种稳定性的来源是因为RP(Ruddlesden-Popper)型晶体结构有着更加疏水的长链有机阳离子的加入。由于二维钙钛矿材料的独特结构，n层无机BX6构成的立方八面体被两个长的有机层夹在中间，而有机层和无机层之间的介电常数并不匹配，于是就形成了天然的层状量子阱结构，这种结构大大提高了有机-无机杂化钙钛矿材料的稳定性。长链有机阳离子的加入在给二维钙钛矿材料带来了稳定性的同时，也会对二维钙钛矿的导电性产生影响。因为有机阳离子的导电性不佳，所以二维钙钛矿材料在面内和面外导电性有较强的各向异性[15]。正是由于各向异性的存在，使得二维钙钛矿材料同时具有高载流子迁移率和结构多样性两种特点。利用各向异性的特点，Mohite等人在2016年制备了面内导电沟道的二维钙钛矿光伏电池，效率从4.7%提高到了12.5%[16]。作为太阳能电池材料，二维钙钛矿由于其宽的带隙及高的激子束缚能等原因，效率低于三维钙钛矿，但是在稳定性方面有着非常显著的提升。不论是光照和潮湿环境下三维钙钛矿器件性能迅速退化，而二维钙钛矿性能长时间维持稳定。图1-7(a)沿着a、b和c轴下的偏振吸收光谱图；（b）偏振曲线；（c）光电稳定性测试；(d)光电响应时间二维层状钙钛矿可以视为对三维钙钛矿进行了纳米尺度的封装，利用有机链作为间隔层来防止外部氧气和水分对于钙钛矿的破坏，使钙钛矿的稳定性得以提高。并且由于n及R的不同，二维层状钙钛矿材料的许多物理性质也随之不同，其独特的结构及光电性质使其在光电子器件如太阳电池、LED、光电探测器等方面具有良好的应用价值[17]，也已经取得了一些进展。同时，二维钙钛矿还有能带结构高度可调，激子效应显著和各向异性的导电性能等特点。此外在二维钙钛矿中还存在边沿态激子和自陷态激子等束缚态激子，众所周知二维钙钛矿材料是由有机长链和无机骨架交替构成，由于有机长链容易形变，使得二维钙钛矿材料的晶格具有了易于扭曲的特点，这一特点使得自陷态激子容易存在二维钙钛矿中。这些束缚态激子影响着二维钙钛矿的导电以及发光性质。二维钙钛矿材料因为这些优异的性质在太阳能电池、激光、光电探测、固态照明等领域成为了有力的竞争者。因为二维钙钛矿材料的光学性质受自陷态激子的影响，所以对自陷态激子性质的研究十分重要，对二维钙钛矿相关光电器件的设计和制备有很大帮助。如图1-8所示,自陷态激子更容易在低维的二维钙钛矿中存在，在低温下自陷态激子更容易形成，存在于低维的二维钙钛矿晶体中，而且随着温度的降低其强度增加[18]。图1-8（a)n=1和(b)n=2的钙钛矿在室温下300K和低温下77K的光致发光谱通过对比自陷态激子和自由激子发光强度随功率的变化趋势，我们发现两者呈现线性增强，排除了缺陷和杂质的影响。之后利用反射光谱计算了钙钛矿材料不同截面的介电函数，发现了自由激子和自陷态激子在两个方向上存在着各向异性如图1-9所示，自陷态激子和自由激子两个截面上表现出不同的相对强度[19]。图1-9光线垂直入射(a)和斜入射(b)下，水平偏