【X射线实验室：缪晓和博士 撰文】
【仪器设备：In-situ high pressure synchrotron XRD】
【地点：4号楼112室 X射线实验室】
【文章来源：Advanced Science, 2019, 1900399. New Metallic Ordered Phase of Perovskite CsPbI3 under Pressure.】
最近，金属卤化物钙钛矿由于高吸收系数、可调控的能带结构、长载流子寿命，奇特的晶体结构、磁性及光电等性能，被应用在光控磁性器件、发光二极管、光伏及光电材料中，使之成为物理、材料及能源等多研究领域的“明星”材料。钙钛矿化合物具有通用的化学式ABX3，其结构是由八面体的BX6与A阳离子连接而成。晶体结构变化是影响钙钛矿材料光电性能和稳定性的关键因素，因此深入研究该类材料的结构和性质，不仅可加深对此类材料的结构-性质内在关系的理解，并且对其在光电、光伏、能源等方面的应用具有重要意义。
随着结构的变化，压力的应用也改变了金属卤化物钙钛矿中处于价带和导带之间的局域电子结构的费米面，而此费米面的存在保障了特定金属卤化物钙钛矿的深度金属化。理论上，BX6八面体通常都是无序的、倾转或旋转的，主要由邻近的八面通过改变键长、键角而引起结构变化。然而，压力如何调制晶体及电子结构仍未知，且结构，特别是八面体构象与电子传输之间的关系也未明了。
吉林大学的黄晓丽副教授、崔田教授高压研究团队对无机卤化物钙钛矿CsPbI3在高压下的带隙、电子结构和晶体结构进行了深入的研究，其成果发表在《Advanced Science》，拓宽了对这类材料的结构与性质的认识。该团队利用金刚石对顶砧高压产生技术及原位高压吸收、反射光谱实验技术精确调控了无机卤化物钙钛矿CsPbI3的带隙结构:在压力高达15 GPa,其带隙调到了Shockley–Queisser optimum bandgap (1.34 eV)，而此时太阳能电池的最高理论转化效率可达33%。
进一步通过原位高压同步辐射X射线衍射及四电极电学测量技术探究了其高压下空间结构和电子结构的相变过程（图1），原位XRD监测发现在较低的压力6.9 GPa下由常压Pnma相转变为C2/m相（新相结构由粉末衍射数据经过Rietveld精修得到， 图2），此结构在39.3 GPa时由绝缘体转变成金属，这种转变是由八面体构型的反常畸变引起的，同时得到了理论计算的验证（图3）。这是首次发现金属卤化物该钙钛矿具有新型有序金属相，是钙钛矿家族全新的成员。压力的引入，可以有效调控此类高性能材料结构和性质，为后续研究该类材料提供了新的研究思路。
图1.不同压力下CsPbI3的光学照片及光谱学性质
图2.高压下CsPbI3的结构相变
图3. CsPbI3在不同压力下理论计算的电子局域函数结构
参考资料：
https://www.researchgate.net/publication/333220009_New_Metallic_Ordered_Phase_of_Perovskite_CsPbI_3_under_Pressure
