综述：鲁多夫石银铋碘化物：一种新兴的环保型宽带隙吸收材料，适用于室内光伏应用

《Small》：Rudorffite Silver-Bismuth Iodides: Emerging Eco-Friendly Wide-Bandgap Absorbers for Indoor Photovoltaics

Ag-Bi-I rudorffites作为无铅宽禁带半导体，在室内光伏中展现潜力。通过溶液和真空蒸镀工艺优化薄膜质量，器件效率达5% under 1000 lx，Voc超过0.8 V。热处理和封装提升稳定性，但载流子局域化和缺陷仍是挑战。

　　近年来，随着物联网（IoT）设备的广泛应用，室内光伏（IPV）技术的重要性日益凸显。这种技术能够利用环境中的可见光，为低功耗设备提供持续的能量供应，如无线传感器和智能电子设备。相比于传统的户外光伏技术，IPV在设计和应用上更具独特性，因为它需要适应室内光照条件，即低强度、以可见光为主的光源。这一特性使得IPV在一些特定场景中成为一种极具潜力的能源解决方案，尤其是在不需要传统电源连接的设备中。

银-铋碘化物（Ag–Bi–I rudorffites）作为一种新兴的宽禁带半导体材料，正受到越来越多的关注。这类材料具有良好的可见光吸收能力、优异的热稳定性以及环境适应性，且不含铅等有毒元素，因此被认为是一种环保且具有前景的IPV吸收材料。在过去的几年中，随着对材料结构、缺陷态以及载流子动力学的理解不断深入，银-铋碘化物的室内能量转换效率已提升至约5%，在1000 lx的LED照明条件下表现出良好的性能。这些进展得益于在溶液和气相沉积方法上的创新，以及在薄膜制备过程中对热处理、组成调控和载流子传输材料优化等策略的实施。

银-铋碘化物的结构特性是其在IPV中表现优异的关键因素之一。这类材料通常呈现出多种晶型结构，包括层状结构和立方结构等。这些结构的差异可能会影响其光吸收能力、载流子迁移率以及光稳定性。研究表明，AgBiI?是其中一种典型的银-铋碘化物，其晶体结构由紧密排列的碘化物层和有序的Ag?与Bi3?占据的八面体位点组成。与传统的铅基钙钛矿不同，银-铋碘化物的结构特点使其在光照条件变化时表现出更高的稳定性，从而降低了因光照不均匀或材料分解而导致的性能下降。

从光学角度来看，银-铋碘化物具有理想的宽禁带特性，通常在1.8到2.0 eV之间，这与室内光源的光谱范围高度匹配。这种特性不仅有助于提升光吸收效率，还能够支持较高的开路电压（VOC），这对驱动电子设备和存储电荷至关重要。此外，这些材料的光吸收系数在可见光范围内较高，通常达到10?到10? cm?1，与铅基钙钛矿相当，显示出其在光伏应用中的巨大潜力。

然而，银-铋碘化物也面临一些固有的挑战。例如，其载流子容易发生局部化现象，导致电荷迁移率下降和非辐射复合增加。这在低光照条件下尤为明显，因为在这种情况下，光电流本来就较低，任何额外的复合都会显著影响整体效率。此外，材料中较高的深缺陷密度也可能成为限制其性能的瓶颈。因此，通过化学组成调控和工艺优化来减少缺陷态密度和抑制载流子局部化，是当前研究的重要方向。

在薄膜制备方面，溶液处理和气相处理是两种主要的策略。溶液处理通常通过调整溶剂种类、反溶剂处理以及前驱体配比，来优化薄膜的结晶性和表面形貌。例如，使用二甲基亚砜（DMSO）作为溶剂时，薄膜的结晶过程更为温和，能够减少中间相的形成，从而提高薄膜的质量和稳定性。另一方面，气相处理方法，如双源蒸发和单源热蒸发，能够实现更均匀的薄膜沉积，并在一定程度上提升载流子迁移率。然而，气相处理在大面积薄膜制备方面仍面临一定的技术挑战，例如如何在不破坏材料结构的前提下，实现均匀的厚度控制和大规模生产。

在实际应用中，银-铋碘化物表现出一定的透明性，这使得它们成为制作半透明光伏薄膜的理想材料。通过调整薄膜厚度和结构，可以实现对光的高透射率，同时保持良好的光吸收能力。例如，一些研究已经成功地在透明基底上制备了半透明的AgBiI?薄膜，其在低光照条件下表现出稳定的性能。这种特性使得银-铋碘化物能够在不影响视觉的前提下，用于建筑窗户、透明屏幕等场景，实现“隐形”能源采集。

此外，银-铋碘化物在界面工程方面也展现出一定的优势。通过选择合适的载流子传输材料（HTM），可以显著提升设备的性能和稳定性。例如，使用水性PEDOT作为HTM，不仅避免了化学腐蚀问题，还提升了载流子迁移率和设备效率。相比之下，某些掺杂型HTM可能会引入额外的缺陷或界面反应，从而影响设备的长期稳定性。因此，如何优化HTM的性能，使其与银-铋碘化物材料的能带结构相匹配，是提升IPV性能的关键之一。

在环境稳定性方面，银-铋碘化物表现出良好的抗光降解和抗湿气腐蚀能力。研究显示，即使在没有封装的情况下，AgBiI?薄膜在黑暗环境中也能保持结构完整性长达数周，而这一特性在铅基钙钛矿中并不常见。然而，在光照条件下，银-铋碘化物仍然存在一定的光降解问题，尤其是在高能光谱范围内，如紫外线和部分蓝光区域。这可能是由于光激发的载流子在材料中形成氧化还原反应，从而导致碘化物和金属离子的分解。因此，通过优化封装材料和加工工艺，提高材料的光稳定性，是未来研究的一个重要方向。

尽管银-铋碘化物在IPV领域展现出诸多优势，但其实际应用仍面临一些挑战。首先，如何进一步提高其能量转换效率，使其达到10%以上，是目前研究的核心目标之一。其次，如何实现大规模、均匀的薄膜制备，以满足商业化需求，仍然是一个技术难点。此外，材料在长期运行中的性能衰减问题也需要深入研究，以确保其在各种环境条件下的可靠性和耐用性。

展望未来，银-铋碘化物有望成为铅基钙钛矿的一种可持续替代材料。其环保特性、宽禁带结构以及在低光照条件下的良好性能，使其在室内能源采集方面具有独特的应用潜力。随着对材料结构、组成调控和界面优化的进一步研究，银-铋碘化物有望成为一种高效、稳定且易于大规模生产的室内光伏材料。与此同时，结合其他先进材料，如金属卤化物或硫化物，可能进一步拓宽其在不同光照条件下的适用范围。

在材料科学的广阔背景下，银-铋碘化物作为铅基卤化物的替代方案，正在成为研究的热点。其优异的光吸收能力、宽禁带结构以及环保特性，使其在室内光伏领域具有独特的竞争优势。尽管目前的效率仍低于铅基钙钛矿，但随着工艺的不断优化和材料性能的进一步提升，银-铋碘化物有望在未来成为一种主流的IPV材料。

综上所述，银-铋碘化物在室内光伏领域展现出广阔的应用前景。它们不仅能够适应低光照条件，还具有较高的能量转换效率和良好的环境稳定性。随着研究的深入，这些材料有望克服当前存在的挑战，成为一种可持续、环保且商业化的室内能源解决方案。未来的研究应进一步探索其在不同光照条件下的性能表现，优化其在实际应用中的稳定性和效率，以推动其在物联网设备和智能建筑中的广泛应用。