北京高压科学研究中心吕旭杰课题组与美国西北大学教授Kanatzidis等合作，通过压力调控全无机二维钙钛矿Cs2PbI2Cl2的激子特性实现了光电性能的显著增强。这是关于二维卤化物钙钛矿中压力诱导光电导增强现象的首次报道，并且揭示了激子特性与光电性能之间的关系。相关成果日前发表于《美国化学会志》，并被选为当期封面文章。
二维（2D）卤化物钙钛矿具有多样性，以及可调控的光电特性和较好的稳定性，有望在高效太阳能电池和发光二极管等领域获得广泛应用。近些年，2D钙钛矿新材料的开发已经取得了重大进展，但仍存在一些关键问题亟待解决，包括如何进一步提高其光电性能，以及结构调控如何影响其光电性能。解决这些问题需要对其结构与物性的内在关系有更深入的了解。
上述团队选择的全无机2D钙钛矿Cs2PbI2Cl2，和有机—无机杂化2D钙钛矿相比具有更小的层间距离，从而赋予了该材料独特的激子特性。研究人员利用高压原位表征技术，结合理论计算对其晶体结构、激子特性和光电性能的演变规律进行了系统的研究。他们发现，Cs2PbI2Cl2的激子结合能从常压条件下的133 毫电子伏（meV）降至2 吉帕（GPa）下的78 meV，达到可与典型三维卤化物钙钛矿相比拟的数值。激子结合能的降低促使激子分离成自由载流子，从而使其光电导在2 GPa的压力下获得了三个数量级的提升。
吕旭杰表示，利用压力调控二维卤化物钙钛矿的激子特性，可使其获得比拟三维钙钛矿的优异光电性质，同时不会失去其独特的优势，这使得二维材料在太阳能电池和光电探测器中更具应用前景。
相关论文信息：https://doi.org/10.1021/jacs.0c11730
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