中國(guó)粉體網(wǎng)訊 總是能看到鈣鈦礦的新進(jìn)展見諸于NS。今天小編就按照時(shí)間倒序梳理一年來發(fā)表于nature/scicence的鈣鈦礦論文。
1.Nature：亞微米級(jí)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦發(fā)光二極管
南京工業(yè)大學(xué)黃維院士（目前單位西北工工業(yè)大學(xué)）和王建浦教授（共同通訊作者）團(tuán)隊(duì)的帶領(lǐng)下，與浙江大學(xué)、南京郵電大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)合作，展示了溶液加工的鈣鈦礦的高效和高亮度電致發(fā)光，自發(fā)形成亞微米級(jí)結(jié)構(gòu)，它能有效地從器件中提取光，并保持與波長(zhǎng)和視角無關(guān)的電致發(fā)光。這些鈣鈦礦是通過在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中加入氨基酸添加劑而形成的。此外，添加劑可有效鈍化鈣鈦礦表面缺陷并減少非輻射復(fù)合。鈣鈦礦LED具有20.7％的峰值外量子效率（電流密度為18mA/cm2），能量轉(zhuǎn)換效率為12％（在10mA/cm2的高電流密度下），接近性能最佳的有機(jī)LED的價(jià)值。相關(guān)成果以題為“Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures”發(fā)表在了Nature上。
文獻(xiàn)鏈接：Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures（Nature,2018,DOI：10.1038/s41586-018-0576-2）
2.Nature：外量子效率超過20%的鈣鈦礦發(fā)光二極管
華僑大學(xué)魏展畫教授聯(lián)合新加坡南洋理工大學(xué)熊啟華教授和加拿大多倫多大學(xué)Edward H. Sargent教授在鈣鈦礦發(fā)光二極管的研究中取得重大突破。研究人員利用鈣鈦礦的組分分布調(diào)控策略得到平整致密且光電性能優(yōu)異的鈣鈦礦薄膜，并通過加入阻擋層改善電子空穴的注入平衡，得到的鈣鈦礦發(fā)光二極管的外量子效率（EQE）超過20%，刷新了鈣鈦礦發(fā)光二極管的世界最高紀(jì)錄，同時(shí)，穩(wěn)定性也得到極大地提升，遠(yuǎn)超國(guó)際同行。相關(guān)研究成果以題為"Perovskite Light-Emitting Diodes with External Quantum Efficiency Exceeding 20%"發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Nature（Dol ：10.1038/s41586-018-0575-3）上。
文獻(xiàn)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0575-3
3.Science：疊層電池的能量轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到22.43%
加州大學(xué)洛杉磯分校的楊陽教授和Qifeng Han（共同通訊作者）等人通過改進(jìn)疊層器件中的輸運(yùn)頂電極（transport top eletrode）、ICL以及空穴傳輸層（HTL）等結(jié)構(gòu)，在無需調(diào)整CIGS器件結(jié)構(gòu)的情況下成功地對(duì)疊層太陽能電池進(jìn)行了性能優(yōu)化。在這一電池中，研究人員對(duì)CIGS表面進(jìn)行了納米尺度的界面構(gòu)建設(shè)計(jì)，并利用高度摻雜的PTAA作為子電池之間空穴傳輸層，以此來保留開路電壓和增強(qiáng)填充因子以及短路電流。再將半透明且?guī)秾挾葹?.59eV的鈣鈦礦和帶隙寬度為1.00eV的CIGS分別作為子電池，這一結(jié)構(gòu)改進(jìn)的疊層電池的能量轉(zhuǎn)化效率可以達(dá)到22.43%，并且工作500小時(shí)后的效率還能保持在初始效率88%左右。2018年8月24日，相關(guān)成果以題為“High-performance perovskite/Cu(In,Ga)Se2 monolithic tandem solar cells”的文章在線發(fā)表在Science上。
文獻(xiàn)鏈接：High-performance perovskite/Cu(In,Ga)Se2 monolithic tandem solar cells（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aat5055）
4.science：無金屬ABX3型3D鈣鈦礦鐵電體
東南大學(xué)游雨蒙教授和熊仁根教授（共同通訊作者）的帶領(lǐng)下，與南昌大學(xué)和南京航空航天大學(xué)合作，使用分子設(shè)計(jì)策略并精心選擇有機(jī)陽離子來開發(fā)一系列無金屬ABX3型3D鈣鈦礦鐵電體，其通式為A(NH4)X3（其中A是二價(jià)有機(jī)陽離子，X是Cl，Br或I）。團(tuán)隊(duì)合成了該系列的23個(gè)不同樣品，具有一系列不同的結(jié)構(gòu)和相變溫度。在第一個(gè)A(NH4)X3鈣鈦礦中，MDABCO-NH4I3（MDABCO是N-甲基-N'-二氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛銨）具有448 K的高相變溫度（T0）和22μC/cm2的大Ps，與BTO性能相當(dāng)。此外，使用壓電響應(yīng)力顯微鏡（PFM），發(fā)現(xiàn)了具有八個(gè)偏振方向的各種鐵電疇的共存，并且證明了通過施加電場(chǎng)可以靈活地旋轉(zhuǎn)偏振方向。團(tuán)隊(duì)的策略證明了高性能無金屬鐵電鈣鈦礦的可行性。在沒有金屬元素的情況下，預(yù)期這些有機(jī)物與其無機(jī)和有機(jī)-無機(jī)對(duì)應(yīng)物相當(dāng)，通過高柔韌性，可調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)-性質(zhì)關(guān)系，可能的溶液和真空工藝以及有機(jī)材料的生物相容性而得到增強(qiáng)。這些屬性使其在柔性設(shè)備，軟機(jī)器人，生物醫(yī)學(xué)設(shè)備和其他應(yīng)用中具有吸引力。相關(guān)成果以題為“Metal-free three-dimensional perovskite ferroelectrics”發(fā)表在了Science上。
文獻(xiàn)鏈接：Metal-free three-dimensional perovskite ferroelectrics（Science, 2018, DOI：10.1126/science.aas9330）
5.Science：不一樣的二次生長(zhǎng)（SSG）技術(shù)
英國(guó)薩里大學(xué)張偉博士，牛津大學(xué)Henry Snaith教授和北京大學(xué)朱瑞研究員（共同通訊作者）的帶領(lǐng)下，與北京量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心，英國(guó)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室和山西大學(xué)合作，報(bào)告了通過使用溶液處理的二次生長(zhǎng)（SSG）技術(shù)，在膜的頂部表面附近提供更寬的帶隙區(qū)域，并形成更多的n型鈣鈦礦膜，從而導(dǎo)致Voc大幅增加。SSG技術(shù)包括兩個(gè)步驟：（i）通過溶液處理制備鈣鈦礦薄膜;（ii）在溴化胍的協(xié)助下進(jìn)行二次生長(zhǎng)。團(tuán)隊(duì)使用非化學(xué)計(jì)量的配方 (FA0.95PbI2.95)0.85(MAPbBr3)0.15制備混合陽離子鉛混合鹵化物鈣鈦礦層，其中，MA和FA分別表示甲基銨和甲脒。這種方法產(chǎn)生了更寬的帶隙頂層和更多的n型鈣鈦礦薄膜，從而減少非輻射復(fù)合，導(dǎo)致Voc增加高達(dá)100毫伏。團(tuán)隊(duì)在不犧牲光電流的情況下實(shí)現(xiàn)了1.21V的高Voc，對(duì)應(yīng)于1.62伏特帶隙下0.41V的電壓不足。這一改善使得最大功率點(diǎn)的輸出功率穩(wěn)定在接近21％。相關(guān)成果以題為“Enhanced photovoltage for inverted planar heterojunction perovskite solar cells”發(fā)表在了Science上。
文獻(xiàn)鏈接：Enhanced photovoltage for inverted planar heterojunction perovskite solar cells（Science, 2018, DOI：10.1126/science.aap9282）
6.Nature：鉀鈍化對(duì)鹵化物鈣鈦礦發(fā)光的最大化和穩(wěn)定化
近日，在英國(guó)劍橋大學(xué)Samuel D. Stranks教授（通訊作者）課題組的帶領(lǐng)下，瑞典烏普薩拉大學(xué)、荷蘭代爾夫特理工大學(xué)和英國(guó)謝菲爾德大學(xué)合作，制造了一系列玻璃鈍化三重陽離子鈣鈦礦薄膜（(Cs0.06FA0.79MA0.15)Pb(I0.85Br0.15)3，其中MA =甲基銨，CH3NH3++FA =甲脒，CH3(NH2)2+），用碘化鉀溶液稀釋前體溶液。我們將鈣鈦礦表示為(Cs,FA,MA)Pb(I0.85Br0.15)3，鈍化樣品為x= [K]/([A]+ [K])，其中A =(Cs，F(xiàn)A，MA )；x代表前體溶液中全部單價(jià)陽離子中鉀離子的分?jǐn)?shù)。團(tuán)隊(duì)注意到標(biāo)準(zhǔn)三重陽離子前體溶液配方（x = 0）具有輕微的鹵化物缺陷；然而，碘化鉀的引入導(dǎo)致樣品中鹵化物稍微過量，同時(shí)I/Br比例發(fā)生非常小的變化。這些薄膜具有均勻填充的晶粒，每個(gè)晶粒尺寸大約為200-400nm。吸收和光致發(fā)光測(cè)量表明，隨著添加碘化鉀的增加，鈣鈦礦膜的光學(xué)帶隙減小，這與添加劑與溴化物的選擇性相互作用一致。相關(guān)成果以題為“Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation”發(fā)表在了Nature上。
文獻(xiàn)鏈接：Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation(Nature,2018,DOI:10.1038/nature25989）
7.science：鈣鈦礦表面KTaO3（001）的極性補(bǔ)償機(jī)制
北京時(shí)間，2018年2月2日Science在線發(fā)表了維也納工業(yè)大學(xué)Martin Setvin（通訊作者）團(tuán)隊(duì)題為“These ranged from surface distortions to the formation of oxygen vacancies to the development of KO and TaO2 stripes”的新發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)利用掃描探針顯微鏡和密度泛函理論研究了鈣鈦礦鉭酸鉀（KTaO3）（001）表面隨著自由度增加的補(bǔ)償機(jī)制。在真空中被切割的表面被固定在適當(dāng)?shù)奈恢�，但是其能立即響�?yīng)絕緣體到金屬的轉(zhuǎn)變以及可能的鐵電晶格失真。在真空中退火形成分離的氧空位，隨后將頂層完全重排成有序的KO和TaO2條紋圖案。最終通過形成具有理想幾何形狀和電荷的羥基化覆蓋層繼而置于水蒸氣后發(fā)現(xiàn)最佳解決方案。
文獻(xiàn)鏈接：Polarity compensation mechanisms on the perovskite surface KTaO3(001) （Science,2018,DOI:10.1126/science.aar2287）
8.Science:一種新型界面結(jié)構(gòu)降低鈣鈦礦太陽能電池的效率-穩(wěn)定性-成本的差距
北京時(shí)間2017年12月1日，Science在線發(fā)表了埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)Yi Hou、Christoph J. Brabec（共同通訊）等人題為“A generic interface to reduce the efficiency-stability-cost gap of perovskite solar cells”的文章。該團(tuán)隊(duì)指出基于混合有機(jī)鹵化物鉛鈣鈦礦的薄膜太陽能電池進(jìn)一步商業(yè)化的主要瓶頸是器件中的界面損失。經(jīng)過研究提出了一種通用的界面結(jié)構(gòu)，該界面由可溶液加工的，高度可靠性的和具有成本效益的空穴傳輸材料組成，使用這種界面結(jié)構(gòu)不會(huì)影響鈣鈦礦太陽能電池的效率，穩(wěn)定性或可擴(kuò)展性。鉭摻雜的氧化鎢（Ta-WOx）/共軛聚合物多層膜提供小界面阻擋層，并且與各種可縮放的共軛聚合物一起形成準(zhǔn)歐姆接觸。在具有常規(guī)平面結(jié)構(gòu)和自組裝單層的簡(jiǎn)單器件中，Ta-WOx摻雜的鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)的最大效率為21.2％，并具有超過1000小時(shí)的光穩(wěn)定性。通過消除額外的離子摻雜劑改善界面結(jié)構(gòu)大大提高了電池的綜合性能，這些發(fā)現(xiàn)將對(duì)其他有機(jī)物作為用于鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸材料的研究提供重要的參考依據(jù)。
文獻(xiàn)鏈接：A generic interface to reduce the efficiency-stability-cost gap of perovskite solar cells（Science,2017,DOI:10.1126/science.aao5561）
9.Nature：如鯊魚般靈敏感知的鈣鈦礦材料
最近，由普渡大學(xué)（Purdue University）Shriram Ramanathan 教授課題組聯(lián)合阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 (Argonne National Laboratory)、羅格斯大學(xué)（Rutgers University）等研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦型稀土金屬鎳酸鹽材料在模擬海水的環(huán)境中具有獨(dú)特的與鯊魚相似的靈敏弱電感知能力，該研究成果于12月18日線上發(fā)表于Nature。該研究首次發(fā)現(xiàn)，具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)性質(zhì)的稀土金屬鎳酸鹽與鯊魚的電感知器官具有相似的感知弱電場(chǎng)能力。在模擬海洋的水溶液環(huán)境中，當(dāng)有電場(chǎng)信號(hào)出現(xiàn)，稀土金屬鎳酸鹽的電導(dǎo)及光學(xué)性質(zhì)會(huì)同時(shí)發(fā)生巨大的響應(yīng)。這印證了其具有電感應(yīng)能力！
文獻(xiàn)鏈接：Perovskite nickelates as electric-field sensors in salt water（Nature,2017,DOI:10.1038/nature25008）
10.Nature：鈣鈦礦實(shí)現(xiàn)低劑量X射線成像
2017年10月5日，Nature在線發(fā)表了三星尖端技術(shù)研究所In Taek Han和韓國(guó)成均館大學(xué)Nam-Gyu Park（共同通訊）等人題為“Printable organometallic perovskite enables large-area, low-dose X-ray imaging”的文章，該團(tuán)隊(duì)報(bào)道了全溶液處理（與傳統(tǒng)真空處理相反）的合成路線，以生產(chǎn)可印刷式的多晶鈣鈦礦，其具有與單晶相似的形貌和光電性質(zhì)。在100千伏的輻射源照射下實(shí)現(xiàn)11μC mGyair−1 cm−2的高靈敏度，其比目前使用的非晶硒或鉈摻雜的碘化銫檢測(cè)器所達(dá)到的靈敏度至少高一個(gè)數(shù)量級(jí)。在傳統(tǒng)的薄膜晶體管襯底中，通過嵌入830微米厚的鈣鈦礦膜和另外兩個(gè)聚合物/鈣鈦礦復(fù)合材料的中間層實(shí)現(xiàn)了X射線成像，復(fù)合材料在鈣鈦礦膜和控制暗電流及電荷載流子傳輸?shù)碾姌O之間提供保形接口。這種基于全溶液的鈣鈦礦檢測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)低劑量X射線成像，并且還可以用于光電導(dǎo)裝置實(shí)現(xiàn)放射成像，感測(cè)和能量收集。同期，多倫多大學(xué)John A. Rowlands發(fā)表了題為“Medical imaging: Material change for X-ray detectors”的評(píng)論。
文獻(xiàn)鏈接：Printable organometallic perovskite enables large-area, low-dose X-ray imaging（Nature,2017,DOI:10.1038/nature24032）
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青禾）
