综述:高性能钙钛矿光电器件中的新兴分子铁电体

【字体: 时间:2025年06月06日 来源:Journal of Energy Chemistry 14

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  这篇综述系统探讨了分子铁电体(MOFEs)在钙钛矿光电器件中的调控机制与应用前景。通过自发极化(P s )与光电子特性的协同效应,MOFEs可显著提升钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光电转换效率(PCE)及稳定性,并赋予光探测器(如自供电/X射线/偏振光探测器)新型功能。文章还展望了MOFEs在非易失性存储、神经形态计算等前沿领域的潜力。

  

分子铁电体:解锁钙钛矿光电器件的新钥匙

Abstract
钙钛矿光电器件凭借其卓越的光-物质相互作用和半导体特性,已成为能源转换、信息存储和光子技术的革命性平台。然而,操作稳定性、规模化生产和批次可重复性等挑战阻碍了其商业化进程。分子铁电体(MOFEs)因其极性晶体结构和可切换的自发极化(P
s
),为调控高效稳定的钙钛矿器件提供了新途径。

Introduction
人工智能(AI)的快速发展对光电子技术提出了更高要求。传统半导体(如硅基和III-V族化合物)受限于固定带隙和低吸收系数,而有机-无机杂化钙钛矿(ABX3
)通过溶液可加工性和优异的光电特性(如高缺陷容忍度和可调带隙)脱颖而出。单结钙钛矿太阳能电池(PSCs)的认证效率已超过27%,钙钛矿发光二极管(LEDs)的外量子效率(EQE)也创下纪录。然而,环境应力下的结构不稳定性和界面缺陷仍是商业化瓶颈。

MOFEs作为一类具有自发极化(P
s
)和居里温度(T
c
)的功能材料,其多样性结构(如有机-无机杂化钙钛矿、反钙钛矿和金属有机框架)为光电器件性能调控提供了丰富平台。

Photodetectors based on MOFEs
MOFEs在光探测器中的应用通过P
s
诱导的内建电场抑制暗电流,并实现偏振敏感检测。例如,自供电探测器利用极化场增强载流子分离效率,而X射线探测器则通过极化耦合效应提升灵敏度。

Perovskite solar cells with ferroelectricity
在PSCs中,MOFEs通过极化场放大电荷分离、钝化缺陷并提升稳定性。例如,极化驱动的内建电场可减少非辐射复合,突破效率极限。

Conclusions and perspectives
尽管MOFEs面临毒性元素和环境稳定性等挑战,但其在钙钛矿光电器件中的多功能性(如多物理场耦合)为未来能源和信息器件提供了全新解决方案。未来需开发无铅、高P
s
的MOFEs,并探索其在神经形态计算等新兴领域的应用。

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