【引言】

金属有机卤化物钙钛矿由于其极高的光吸收、长的电荷寿命/扩散长度在光电应用中具有广泛的研究。然而金属基钙钛矿材料仍存在一些问题。1）制造过程中涉及的有毒溶剂；2）有毒物质与可穿戴设备不兼容；3）基于Pb的钙钛矿易受潮气侵蚀，从而导致材料降解。无金属钙钛矿是钙钛矿家族的一种新型材料。无金属钙钛矿不仅具有传统钙钛矿ABX₃的结构，还具有有机材料的可调节性、多样性和轻质性。同时，无金属可以从水溶液中制得，可以完全降解，这为环保制造和应用提供了基础。

【成果简介】

近日，陕西师范大学刘生忠教授、赵奎教授，以色列魏茨曼科学研究院Gary Hodes教授（共同通讯作者），第一作者为陕西师范大学博士生宋鑫讨论了无金属卤化物钙钛矿的晶体结构、合成以及目前无金属卤化物钙钛矿的研究特性和应用。从化学多样性、结构可调性、合成工艺、潜在性能、光电和能源等相关应用讨论了其未来的前景。

【图文导读】

图 2 MDABCO-NH₄I₃的铁电性能

【小结】

无金属钙钛矿具有（1）化学多样性：根据A、B和X的性质，ABX₃型无金属钙钛矿可以分为不同的类型。金属基钙钛矿的离子半径和键合会影响空间填充、电荷平衡以及结构化学，进而改变物理性质。（2）结构可调性：ABX₃结构具有相结构约束。当增加A离子的尺寸时，可以得到一系列低维钙钛矿。这为制备结构多样性的晶体结构提供了可能。（3）可加工性：无金属钙钛矿可实现低成本和快速印刷。（4）电荷传输属性：无金属钙钛矿的电荷传输研究还不完善。基于有限的光学研究，无金属钙钛矿具有非常大的带隙（约5 eV），这使设备不能在可见光下运行。由于无金属钙钛矿可以在深紫外区域或高能辐射进行光激发，因此它们很适合作为高能辐射的探测器。（5）稳定性：尽管无金属钙钛矿的稳定性限制了其大规模的商业应用。无金属钙钛矿的应用前景（1）光伏场：无金属有机卤化物钙钛矿具有广阔的光伏应用潜力。（2）铁电/压电：这种新型的半导体材料不仅重量轻、成本低、无毒且具有机械柔韧性，而且性能优于传统的无机铁电体。（3）显示器：无金属钙钛矿允许弯曲、折叠甚至卷曲的各种产品形式，具有很大的空间。（4）高能辐射检测：对于高能辐射检测需要大电阻率和高载流子寿命-迁移率（μτ）的材料。无金属钙钛矿因其高体电阻率和X射线衰减，将成为高能辐射检测和成像的轻型传感器的最佳选择。（5）场效应晶体管：无金属钙钛矿的极长的载流子扩散长度，以及在空气中的出色稳定性，大尺寸单晶，可以成为场效应晶体管的潜在候选者。（6）生物材料：传感器将需要小型化、智能化、高度灵敏且多功能。这启发了光学成像设备的仿生设计，可用于未来的科学仪器，消费类电子产品和机器人技术。（7）智能标签：传统标签和现代智能技术的结合为智能标签带来了许多机会。无金属钙钛矿也可能是新型压电材料在传感器、人机交互技术、微机电系统、纳米机器人和有源柔性电子学等领域具有广阔的应用前景。总体而言，无金属钙钛矿因其优异的性能（包括广泛的化学多样性、可调性、轻质、机械柔韧性、环保的可加工性以及出色的光电性能）而被证明是未来光电子的新型候选材料。

文献链接：

Metal-Free Organic Halide Perovskite: A New Class for Next Optoelectronic Generation Devices（Advanced Energy Materials DOI: 10.1002/aenm.202003331）