左：MAPbI3(65 nm)薄膜在 600 nm 激发光下的光致发 光光谱, 具有明显的 SE 到 ASE 转换。右：光致发光强 度随泵浦强度的变化曲线
左：CsPbBr3 纳米线暗场视野图（A）和在飞秒激光不 同功率激励下的视野图（B,C,D功率依次增加）。右： CsPbBr3 在不同功率下的PL谱（对数尺度）
• A、B位阳离子既可由单一离子也可由多种离子 占据，根据A、B位阳离子的种类及其离子半径 的不同 ，可以构筑出微结构特征各异、物理性 能千变万化的钙钛矿材料。
认识钙钛矿结构材料
有机-无机杂化钙钛矿 （Organic/Inorganic Hybrid Perovskite,OIHP)的 结构和物理性质最早由Weber（Naturforsch. 1978,33b, 1443） 报道。它可看成是有机基团和无机部分的交替堆叠.
钙钛矿太阳能电池转换效率进展
钙钛矿
受关注 的原因
载流子迁移率高， 扩散长度长
光吸收能力强 发光效率高 能带工程
制备工艺低成本
钙钛矿材料的性质与应用
载流子迁移率和扩散长度
陷阱填满处电压 绿线拟合区域无陷阱电荷，满足
1sun和0.1sun照射下钙钛矿单 晶的瞬态光伏曲线，插入的是 电荷复合寿命随光照强度的变 化。
adv.optical mater. 2014,2,838-844
钙钛矿材料的性质与应用
发光原理及性能
ns
kBT ≈25 meV
共存
μs 不同钙钛矿材料的激子束能
竞争 钙钛矿材料光物理过程示意图
钙钛矿材料的性质与应用
钙钛矿材料具有高光吸收能力、高量子效率、高载流子迁移率以及发射 波长可进行调节等优点，非常适合作为激光增益介质.
Nano Lett. 2015, 15, 5635−5640
Snaith 小组发现钙钛矿材料 APbI3的禁带宽度随着有机基团 A 体积的增大而减小,采用Cs或者甲脒基团来代替甲胺基团 可以获得禁带宽度为 1.73 eV 和 1.48 eV 的钙钛矿材料
钙钛矿材料的性质与应用
其他方面的应用
钙钛矿发光二极管示意图
有机钙钛矿材料研究进展
钙钛矿材料研究进展
2016.2.25
报告人：张帅
报告目录
1 认识钙钛矿结构材料 2 钙钛矿材料的性质与应用 3 有机钙钛矿材料的制备 4 研究任务与挑战
认识钙钛矿结构材料
天然钙钛矿结构
钙钛矿典型模式图
• 以ABX3为基本化学式的钙钛矿因最早发 现于钙钛矿石中的钛酸钙(CaTiO3)化合 物而得名。钙钛矿结构的特征是以B位 阳离子为中心的X八面体共顶连接、并 嵌在以A位离子为顶点的四方体中。
Peidong Yang et al ,pnas ,2016 ,10,1073
钙钛矿材料的性质与应用
能带工程
杂化钙钛矿薄膜的一个优势是可以在分子水平上调控杂化 钙钛矿材料的组成成分, 从而有效调控其带隙.
Maksym V. Kovalenko通过阴离子交换改变钙钛矿中卤素原子 比例得到波长可调制的发光量子点（365nm紫外灯照射）
钙钛矿材料的性质与应用
光吸收能力
钙钛矿和其他太阳能电池材料的吸收系数
作为一个直接带隙半导体, 钙钛矿型有机-无机杂化半导体 在可见光波段有着很高的宽带吸收效率
nature photonics 2014,8,506-514
CH3NH3PbX3的光吸收谱(虚线)和PL 谱(实线)，PL谱的峰距光吸收带边 沿有很小的斯托克斯位移。表明钙 钛矿晶体具有很小的振动弛豫
四角晶系（162-327K） 斜方晶系（小于162K）
认识钙钛矿结构材料
有机阳离子起什么作用？
低温（<150k）, PbI6八面体 发生畸变，MA只能沿C-N键 旋转
温度升高后，MA可沿C-N键平行或 垂直转动
低温斜方晶系下MA–PbI3的电子能态 结构和分波态密度（左：含MA,右， 不含MA）。表现为直接带隙。
CH3NH3 Pb CI,Br,I
认识钙钛矿结构材料
0.813
立方晶系
(C4H9NH3)2PbBr4
1.107
由容忍因子可知，A处阳离子体积最大。然而当A处的离 子太大时，例如长链烷基胺，钙钛矿会成为二维层状的 结构。
OIHP随温度 降低结构发 生畸变，对 称性下降。 当温度大于 327K时 CH3NH3PbI3 为标准的立 方晶系结构， 当温度降低 时，依次变 为四角晶系 和斜方晶系。
看起来MA对导带和价带不起什么作用，除 了贡献一个电子，稳定其结构。
考虑立方晶系下MA–PbI3的电子能态结构和分波态密度：MA取 向的不同会使得PbI6八面体发生扭曲，从而改变其电子结构
钙钛矿材料的性质与应用
近年来钙钛矿材料，特别是有机---无机钙钛矿材料正成为太阳能电池领域的新星， 其优异的光电转换效率吸引着人们的研究。
光电探测器
燃料电池
有机钙钛矿材料的制备
块状晶体制备
量子点制备
大块钙钛矿单晶生长 Jinsong Huang et al,DOI: 10.1126/science.aaa5760
Haizheng Zhong et al,acsnano,2015,9 4533–4542