一步法超声辐照制备Bi掺杂CsPbI2Br纳米晶：掺杂机制与光电性能调控

为解决全无机钙钛矿CsPbI2Br纳米晶（NCs）的稳定性与光电性能优化问题，研究人员通过一步超声辐照法合成Bi3+掺杂CsPbI2Br NCs，揭示了间隙位/置换位掺杂机制。结果表明，3.4% Bi3+置换掺杂可收缩晶格、缩短B-X键长，使带隙降低、PL寿命提升82%，为光伏应用提供新材料。

　　

钙钛矿材料因其优异的光吸收、载流子迁移率和稳定性，成为光伏领域的研究热点。全无机铯铅卤化物钙钛矿（CsPbX₃）纳米晶（NCs）虽具有尺寸可调的光学特性，但CsPbI₃的室温相变和CsPbBr₃的宽带隙限制了应用。混合卤化物CsPbI₂Br虽折中了两者缺点，仍面临光/湿诱导相分离问题。金属离子掺杂被证明是调控其性能的有效策略，但Bi³⁺掺杂对CsPbI₂Br NCs光物理性质的影响机制尚不明确。

印度科学理工学院等机构的研究人员采用一步超声辐照法，成功合成Bi³⁺掺杂CsPbI₂Br NCs，系统研究了不同掺杂浓度（2.7%-4.2%）对材料结构及性能的影响。研究发现，Bi³⁺可通过间隙位、置换位或双重机制掺杂，其中3.4% Bi³⁺置换掺杂导致晶格收缩和[PbX₆]^4-八面体畸变抑制，使带隙降低、平均PL衰减时间延长82%。该工作发表于《Optik》，为设计高效稳定钙钛矿光伏材料提供了新思路。

关键技术包括：超声辐照辅助合成（避免极性溶剂）、ICP-AES（电感耦合等离子体原子发射光谱）测定实际掺杂量、XRD（X射线衍射）分析晶格变化、稳态/瞬态荧光光谱表征光学性能。

Results and discussions

1. 结构分析显示，3.4% Bi³⁺掺杂引发晶格收缩，证实置换掺杂占据Pb²⁺位点，缩短B-X键长，抑制八面体畸变。
2. 光学性能上，该掺杂浓度使带隙降低，PLQY（光致发光量子产率）提升，平均PL寿命从纯相的15.2 ns增至27.6 ns。
3. 间隙位掺杂（高浓度Bi³⁺）会引入缺陷态，而优化后的置换掺杂有效钝化辐射/非辐射复合中心。

Conclusions
研究证实超声辐照法可精准调控Bi³⁺在CsPbI₂Br NCs中的掺杂位点，3.4%置换掺杂通过晶格工程显著改善材料光电性能。该策略为开发高效稳定钙钛矿光伏器件提供了可扩展的合成方案，其带隙可调性尤其适用于叠层太阳能电池设计。

作者贡献
Zishan Husain Khan负责构思与论文修订；Reeba Mary Thomas主导实验与初稿撰写；Mohd Bilal Khan参与数据分析和写作；团队获印度DST（科学与技术部）和CSIR（科学与工业研究委员会）资助。