中國粉體網訊 總是能看到鈣鈦礦的新進展見諸于NS。今天小編就按照時間倒序梳理一年來發表于nature/scicence的鈣鈦礦論文。
1.Nature：亞微米級結構的鈣鈦礦發光二極管
南京工業大學黃維院士（目前單位西北工工業大學）和王建浦教授（共同通訊作者）團隊的帶領下，與浙江大學、南京郵電大學和西北工業大學合作，展示了溶液加工的鈣鈦礦的高效和高亮度電致發光，自發形成亞微米級結構，它能有效地從器件中提取光，并保持與波長和視角無關的電致發光。這些鈣鈦礦是通過在鈣鈦礦前驅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），能量轉換效率為12％（在10mA/cm2的高電流密度下），接近性能最佳的有機LED的價值。相關成果以題為“Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures”發表在了Nature上。
文獻鏈接：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%的鈣鈦礦發光二極管
華僑大學魏展畫教授聯合新加坡南洋理工大學熊啟華教授和加拿大多倫多大學Edward H. Sargent教授在鈣鈦礦發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控策略得到平整致密且光電性能優異的鈣鈦礦薄膜，并通過加入阻擋層改善電子空穴的注入平衡，得到的鈣鈦礦發光二極管的外量子效率（EQE）超過20%，刷新了鈣鈦礦發光二極管的世界最高紀錄，同時，穩定性也得到極大地提升，遠超國際同行。相關研究成果以題為"Perovskite Light-Emitting Diodes with External Quantum Efficiency Exceeding 20%"發表在國際頂級學術期刊Nature（Dol ：10.1038/s41586-018-0575-3）上。
文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0575-3
3.Science：疊層電池的能量轉化效率可以達到22.43%
加州大學洛杉磯分校的楊陽教授和Qifeng Han（共同通訊作者）等人通過改進疊層器件中的輸運頂電極（transport top eletrode）、ICL以及空穴傳輸層（HTL）等結構，在無需調整CIGS器件結構的情況下成功地對疊層太陽能電池進行了性能優化。在這一電池中，研究人員對CIGS表面進行了納米尺度的界面構建設計，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填充因子以及短路電流。再將半透明且帶隙寬度為1.59eV的鈣鈦礦和帶隙寬度為1.00eV的CIGS分別作為子電池，這一結構改進的疊層電池的能量轉化效率可以達到22.43%，并且工作500小時后的效率還能保持在初始效率88%左右。2018年8月24日，相關成果以題為“High-performance perovskite/Cu(In,Ga)Se2 monolithic tandem solar cells”的文章在線發表在Science上。
文獻鏈接：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
東南大學游雨蒙教授和熊仁根教授（共同通訊作者）的帶領下，與南昌大學和南京航空航天大學合作，使用分子設計策略并精心選擇有機陽離子來開發一系列無金屬ABX3型3D鈣鈦礦鐵電體，其通式為A(NH4)X3（其中A是二價有機陽離子，X是Cl，Br或I）。團隊合成了該系列的23個不同樣品，具有一系列不同的結構和相變溫度。在第一個A(NH4)X3鈣鈦礦中，MDABCO-NH4I3（MDABCO是N-甲基-N'-二氮雜雙環[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。此外，使用壓電響應力顯微鏡（PFM），發現了具有八個偏振方向的各種鐵電疇的共存，并且證明了通過施加電場可以靈活地旋轉偏振方向。團隊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，預期這些有機物與其無機和有機-無機對應物相當，通過高柔韌性，可調節的結構-性質關系，可能的溶液和真空工藝以及有機材料的生物相容性而得到增強。這些屬性使其在柔性設備，軟機器人，生物醫學設備和其他應用中具有吸引力。相關成果以題為“Metal-free three-dimensional perovskite ferroelectrics”發表在了Science上。
文獻鏈接：Metal-free three-dimensional perovskite ferroelectrics（Science, 2018, DOI：10.1126/science.aas9330）
5.Science：不一樣的二次生長（SSG）技術
英國薩里大學張偉博士，牛津大學Henry Snaith教授和北京大學朱瑞研究員（共同通訊作者）的帶領下，與北京量子物質科學協同創新中心，英國卡文迪什實驗室和山西大學合作，報告了通過使用溶液處理的二次生長（SSG）技術，在膜的頂部表面附近提供更寬的帶隙區域，并形成更多的n型鈣鈦礦膜，從而導致Voc大幅增加。SSG技術包括兩個步驟：（i）通過溶液處理制備鈣鈦礦薄膜;（ii）在溴化胍的協助下進行二次生長。團隊使用非化學計量的配方 (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，從而減少非輻射復合，導致Voc增加高達100毫伏。團隊在不犧牲光電流的情況下實現了1.21V的高Voc，對應于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的輸出功率穩定在接近21％。相關成果以題為“Enhanced photovoltage for inverted planar heterojunction perovskite solar cells”發表在了Science上。
文獻鏈接：Enhanced photovoltage for inverted planar heterojunction perovskite solar cells（Science, 2018, DOI：10.1126/science.aap9282）
6.Nature：鉀鈍化對鹵化物鈣鈦礦發光的最大化和穩定化
近日，在英國劍橋大學Samuel D. Stranks教授（通訊作者）課題組的帶領下，瑞典烏普薩拉大學、荷蘭代爾夫特理工大學和英國謝菲爾德大學合作，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，FA，MA )；x代表前體溶液中全部單價陽離子中鉀離子的分數。團隊注意到標準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，碘化鉀的引入導致樣品中鹵化物稍微過量，同時I/Br比例發生非常小的變化。這些薄膜具有均勻填充的晶粒，每個晶粒尺寸大約為200-400nm。吸收和光致發光測量表明，隨著添加碘化鉀的增加，鈣鈦礦膜的光學帶隙減小，這與添加劑與溴化物的選擇性相互作用一致。相關成果以題為“Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation”發表在了Nature上。
文獻鏈接：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）的極性補償機制
北京時間，2018年2月2日Science在線發表了維也納工業大學Martin Setvin（通訊作者）團隊題為“These ranged from surface distortions to the formation of oxygen vacancies to the development of KO and TaO2 stripes”的新發現，團隊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償機制。在真空中被切割的表面被固定在適當的位置，但是其能立即響應絕緣體到金屬的轉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現最佳解決方案。
文獻鏈接：Polarity compensation mechanisms on the perovskite surface KTaO3(001) （Science,2018,DOI:10.1126/science.aar2287）
8.Science:一種新型界面結構降低鈣鈦礦太陽能電池的效率-穩定性-成本的差距
北京時間2017年12月1日，Science在線發表了埃爾朗根-紐倫堡大學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。該團隊指出基于混合有機鹵化物鉛鈣鈦礦的薄膜太陽能電池進一步商業化的主要瓶頸是器件中的界面損失。經過研究提出了一種通用的界面結構，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，使用這種界面結構不會影響鈣鈦礦太陽能電池的效率，穩定性或可擴展性。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歐姆接觸。在具有常規平面結構和自組裝單層的簡單器件中，Ta-WOx摻雜的鈣鈦礦太陽能電池實現的最大效率為21.2％，并具有超過1000小時的光穩定性。通過消除額外的離子摻雜劑改善界面結構大大提高了電池的綜合性能，這些發現將對其他有機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。
文獻鏈接：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（Purdue University）Shriram Ramanathan 教授課題組聯合阿貢國家實驗室 (Argonne National Laboratory)、羅格斯大學（Rutgers University）等研究團隊首次發現，鈣鈦礦型稀土金屬鎳酸鹽材料在模擬海水的環境中具有獨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日線上發表于Nature。該研究首次發現，具有強關聯性質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能力。在模擬海洋的水溶液環境中，當有電場信號出現，稀土金屬鎳酸鹽的電導及光學性質會同時發生巨大的響應。這印證了其具有電感應能力！
文獻鏈接：Perovskite nickelates as electric-field sensors in salt water（Nature,2017,DOI:10.1038/nature25008）
10.Nature：鈣鈦礦實現低劑量X射線成像
2017年10月5日，Nature在線發表了三星尖端技術研究所In Taek Han和韓國成均館大學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，該團隊報道了全溶液處理（與傳統真空處理相反）的合成路線，以生產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。在100千伏的輻射源照射下實現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器所達到的靈敏度至少高一個數量級。在傳統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聚合物/鈣鈦礦復合材料的中間層實現了X射線成像，復合材料在鈣鈦礦膜和控制暗電流及電荷載流子傳輸的電極之間提供保形接口。這種基于全溶液的鈣鈦礦檢測器可以實現低劑量X射線成像，并且還可以用于光電導裝置實現放射成像，感測和能量收集。同期，多倫多大學John A. Rowlands發表了題為“Medical imaging: Material change for X-ray detectors”的評論。
文獻鏈接：Printable organometallic perovskite enables large-area, low-dose X-ray imaging（Nature,2017,DOI:10.1038/nature24032）
（中國粉體網編輯整理/青禾）
