1839年，德国地质学家Gustav Rose在乌拉尔山脉发现了一类富含钙、钛元素的新矿物，将其命名为"perovskite"，以纪念俄罗斯地质学家Lev Perovski。后来，人们证明其主要成分为CaTiO3，也因此有了中文名称“钙钛矿”。

      随着晶体学的发展，钙钛矿泛指具有相同晶体结构的一类晶体。近些年，钙钛矿太阳能电池、钙钛矿LED等已经成为重要的科学前沿。从2013年钙钛矿在太阳能领域的应用被《Science》杂志评为年度十大科学突破之一以来，钙钛矿材料已经成为学术界和产业界最为关注的材料之一。

      当前，通常所说的钙钛矿主要指的具有ABX₃结构的化合物家族，A位通常代表离子半径较大的阳离子（如甲胺离子、铯离子等），B位为离子半径较小的金属阳离子（如铅离子，锡离子），而X位为卤素阴离子。这类材料在光电领域具有独特的性能，表现出巨大的应用前景。

钙钛矿结构（图片来源：网络）

一、量子点不是点而是人造“原子”

      “量子点”这一名称最初由美国耶鲁大学Mark Reed教授于1986年提出，用来描述一种完全封闭的零维物体。简单来说，“量子点”三个维度的尺寸都在 100nm以下，外观近似极其微小的点状物，但却不是点，而是由少量原子构成。

       如今，“量子点”特指一种半导体纳米结构。因为对其施加一定的电场或光压，它们便会发出特定频率的光，而发出的光的频率会随着这种半导体的尺寸的改变而变化，所以通过调节这种纳米半导体的尺寸就可以控制其发出的光的颜色，这一限制电子和电子空穴的特性，类似自然界中的原子或分子，因此也被称为“人造原子”或“量子点原子”。

二、钙钛矿量子点是具有双重增益的新型光电纳米材料

        顾名思义，“钙钛矿量子点”是一种具有钙钛矿晶体结构的量子点纳米材料，材料本身属于钙钛矿材料，尺寸大小在几纳米到几十纳米之间。目前，按照其组成元素组成可以将“钙钛矿量子点”分为有机-无机杂化钙钛矿量子点和全无机钙钛矿量子点，全无机钙钛矿量子点的稳定性及其他方面的性质要优于有机-无机杂化钙钛矿量子点。

钙钛矿量子点

三、钙钛矿量子点近年来为何成为

（一）钙钛矿

“钙钛矿量子点”兼具“钙钛矿”与“量子点”的双重优势，其特性也相当明显：

（1）缺陷容忍度高

以太阳能电池为例，深能级缺陷会使得载流子寿命缩短，造成载流子的扩散长度减小，导致载流子扩散不到背电极，影响太阳能电池的效率。研究表明，钙钛矿材料的总体点缺陷浓度很高，但绝大部分点缺陷的缺陷态处于浅能级，还有一部分缺陷能级不在带隙范围内，使得钙钛矿材料拥有很高的点缺陷容忍度。

（2）光吸收能力强

在半导体材料的吸光性质测试中，入射光的强度在半导体材料中随传输的距离按指数规律下降，也就是太阳能电池的活性层厚度必须明显大于半导体材料的穿透深度才能保证绝大多数的入射光子都能够被其俘获。研究人员对比了之前能量转化效率最高的薄膜电池材料，结果得出钙钛矿材料的光吸收系数在可见光范围内比薄膜电池材料高了近1个数量级，说明钙钛矿材料自身的强光吸收能力应用在太阳能电池上可以制备较薄的吸收层，减少光生载流子在被收集之前的转移路程，增长载流子扩散长度。

钙钛矿电池（图片来源：网络）

   “钙钛矿“的以上特性使其成为太阳能电池领域的“宠儿”。除此之外，钙钛矿材料在磁性和电学性能方面也表现出一定的特性，磁性主要来源于离子束辐照、掺杂和磁场作用，可应用于磁性随机数发生器和磁性存储器的制造，高压下呈现出类金属电性质，同时还具有电容、阻抗、磁阻的电学特性使其在电容器、传感器、超导材料和电子场发射器等领域有广泛的应用。

（二）量子点

（1）尺寸效应

量子点的发射光谱可通过改变量子点的尺寸大小来控制，这是因为量子点的物理尺寸决定了材料中电荷载流子的量子力学状态，纳米颗粒越大，电子波的空间就越大，其对应的波长就越长，对应的颜色偏红；纳米颗粒越小，电子波的空间就越小，其对应的波长就越短，对应的颜色偏蓝。不同大小的量子点吸收光以后，会以另一种波长发射，它的颜色取决于颗粒的大小。

（2）光稳定性优

量子点的荧光强度比最常用的有机荧光材料“罗丹明6G”高20倍，它的稳定性更是“罗丹明6G”的100倍以上。因此，量子点可以对标记的物体进行长时间的观察。

（3）生物相容性好

量子子点经过各种化学修饰之后，可以进行特异性连接，其细胞毒性低，对生物体危害小，可进行生物活体标记和检测。

      此外，量子点还有激发波长范围宽、荧光寿命长等特性，使其成为光电领域的最好的发光材料，在液晶显示领域已经应用了十年之久。

（三）钙钛矿量子点