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为解决铅基卤化物钙钛矿毒性与环境不稳定性问题，研究人员采用化学气相沉积（CVD）制备 Cs?Cu?X?（X=Cl, Br, I）薄膜。其光致发光量子产率（PLQY）达 52.3%-54.7%，斯托克斯位移超 150 nm，且 Cs?Cu?I?稳定性优异，为先进光电器件提供绿色候选材料。
近年来，铅基卤化物钙钛矿凭借其可调控的光致发光发射、高量子效率、长载流子寿命等卓越特性，在太阳能电池、发光二极管、X 射线探测器等众多光电子领域展现出巨大应用潜力。这类材料独特的缺陷容忍性和高摩尔吸收系数，使其一度成为材料科学领域的研究热点。然而，铅元素的固有毒性对人体健康和生态环境构成严重威胁，且铅基卤化物钙钛矿在光照、湿度和高温条件下易发生降解，稳定性极差，这些短板极大地限制了其大规模商业化应用。因此，开发性能可媲美铅基材料的无铅金属卤化物，成为突破当前技术瓶颈的关键方向。
在寻找铅替代材料的过程中，研究人员发现铜基卤化物具有显著优势。与铅基材料相比，铜基卤化物不仅成分无毒，还具备独特的自陷激子（STEs）发光机制，能够实现高效发光。同时，铜元素储量丰富、成本较低，为规模化生产提供了可能。然而，现有铜基卤化物薄膜的制备方法仍存在诸多问题：溶液法依赖有毒有机溶剂，不符合绿色发展理念；脉冲激光沉积（PLD）等技术对设备要求高、成本昂贵，难以实现工业化推广。因此，探索一种环境友好、操作简便且成本可控的高质量铜基卤化物薄膜制备技术，成为推动该领域发展的重要课题。
针对上述挑战，研究人员采用创新的一步低压化学气相沉积（CVD）法，成功制备出高质量的 Cs?Cu?X?（X=Cl, Br, I）薄膜。通过 X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X 射线光电子能谱（XPS）和能量色散谱（EDS）等综合表征技术验证，所制备的薄膜具有高结晶度、 phase 纯度和均匀的表面形貌，为其优异的光学性能奠定了坚实基础。
从结构特征来看，Cs?Cu?X?属于零维（0D）卤化物材料，具有正交晶系 Pnma 空间群结构（α=β=γ=90°）。其晶体结构中存在孤立的 [Cu?X?]3?簇，这些簇被 Cs?阳离子空间分隔。每个 [Cu?X?]3?单元由一个 [CuX?]3?四面体和一个 [CuX?]2?三角平面通过共用一条边连接而成，形成局部电荷中心，这一独特结构是其 0D 电子特性的根源，并直接影响着材料的光学行为。
在光学性能方面，Cs?Cu?X?薄膜展现出明亮的发光特性，其发射峰分别位于 455 nm（Cl）、515 nm（Br）和 441 nm（I），对应光致发光量子产率（PLQY）分别达到 52.3%、40.4% 和 54.7%。这些发光特性源于自陷激子（STEs）的辐射复合，这一机制使其具备超过 150 nm 的大斯托克斯位移，有效减少了发光过程中的自吸收现象，对提高光电器件的效率具有重要意义。
值得注意的是，不同卤素元素掺杂的 Cs?Cu?X?薄膜表现出差异化的性能优势。Cs?Cu?Cl?薄膜在温度升高时，光致发光（PL）淬灭效应较弱，表明其在高温环境下具有更稳定的发光性能，适用于对工作温度有要求的器件场景；而 Cs?Cu?I?薄膜则展现出卓越的空气稳定性，在 ambient 大气条件下可保持发光性能长达 90 天，显著优于多数现有卤化物材料，为器件的长期稳定运行提供了保障。
从制备技术角度来看，CVD 法的应用为铜基卤化物薄膜的制备开辟了新路径。与传统方法相比，CVD 技术具有显著优势：无需使用有机溶剂，实现了溶剂 - free 生长，降低了环境风险；能够精确控制沉积参数，如温度、压力和气体流量，从而调控薄膜的生长过程，减少因去湿效应导致的针孔缺陷；同时，作为一种成熟的 scalable 工业技术，CVD 便于实现大面积、均匀薄膜的制备，为后续商业化应用奠定了技术基础。
该研究的意义不仅体现在材料制备与性能优化层面，更在基础研究和应用探索方面提供了重要价值。在基础研究领域，对 Cs?Cu?X?薄膜发光机制的系统研究，加深了对 0D 卤化物材料自陷激子行为的理解，为设计具有特定光学性能的材料提供了理论指导；在应用层面，这类材料凭借成分可调的发射颜色（通过改变卤素元素 X 实现）、高发光效率和优异的环境稳定性，在发光二极管、固态照明、X 射线探测、光伏器件等先进光电子设备中展现出巨大潜力。特别是在铅基材料受限的应用场景中，Cs?Cu?X?薄膜有望成为理想的替代材料，推动光电子产业向绿色、可持续方向发展。
此外，该研究建立的优化生长参数，为其他铅 - free 金属卤化物薄膜的制备提供了参考范式。通过调控前驱体比例、沉积温度等关键参数，可实现对薄膜结构和性能的精准调控，这一思路可拓展至更多卤化物体系的研究中。同时，研究中验证的 CVD 技术在铜基卤化物薄膜制备中的可行性，为该技术在光电子材料领域的进一步应用打开了空间，有望推动更多高性能薄膜材料的开发。
综上所述，这项研究通过创新的制备技术与系统的性能表征，成功开发出兼具高发光效率和优异稳定性的无铅 Cs?Cu?X?薄膜，不仅解决了传统铅基材料的毒性与稳定性问题，还克服了现有制备技术的局限性。其研究成果为铅 - free 卤化物材料的发展注入了新动力，为先进光电子器件的设计与应用提供了全新的材料选择，对推动光电子领域的绿色创新发展具有重要的理论与实践意义。
