Fabrication of mixed perovskite organic cation thin films via controllable cation exchange

Here in this paper, we demonstrate a facile technique for creating the mixed formamidinium(HN = CHNH_3~+, FA~+)and methylammonium(CH_3NH_3~+, MA~+) cations in the lead iodide perovskite. This technique entails a facile drop-casting of formamidinium iodide(FAI) solutions on as-prepared MAPbI_3 perovskite thin films under the controlled conditions,which leads to controllable displacement of the MA~+ cations by FA~+ cations in the perovskite structure at room temperature. Uniform and controllable mixed organic cation perovskite thin films without a "bi-layered" or graded structure are achieved. By applying this approach to photovoltaic devices, we are able to improve the performances of devices through extending their optical-absorption onset further into the infrared region to enhance solar-light harvesting. Additionally,this work provides a simple and efficient technique to tune the structural, electrical, and optoelectronic properties of the light-harvesting materials for high-performance perovskite solar cells.     

δ-MnO2改性石墨烯气凝胶的制备及电化学性能

通过对还原石墨烯气凝胶(RGOA)进行δ-MnO_2纳米颗粒改性制备出锂离子电池负极,并获得了良好的电化学性能。同时研究了δ-MnO_2的负载量对三维复合RGOA/δ-MnO_2负极材料电化学性能的影响,发现随着δ-MnO_2负载量的增加,锂离子电池性能先增后减,在δ-MnO_2负载量合适时(160 mg)比容量达到最大值(1 701.9 mAh·g~(-1)),该值明显高于δ-MnO_2负极的理论容量1 230 m Ah·g~(-1)。此外,该RGOA/δ-MnO_2-160 mg负极即便在5 A·g~(-1)的大电流下经历600次循环后仍能保持210.5 mAh·g~(-1)的比容量。如此优异的电化学性能归因于RGOA的大比表面积和高导电性,以及δ-MnO_2颗粒的高比容量和高催化活性。此外,三维石墨烯气凝胶中大量的孔洞有利于提供足够的空间负载超细δ-MnO_2颗粒,避免了δ-MnO_2在嵌锂过程中的体积膨胀以及抑制了固液界面保护膜(SEM)的加厚。通过计算赝电容对锂离子电池比容量的贡献,证实RGOA/δ-MnO_2电极的充放电过程为赝电容行为所主导,这也是取得良好比容量和循环性能的另一重要原因。     

Synthesis and application of TiO_2 single-crystal nanorod arrays grown by multicycle hydrothermal for dye-sensitized solar cells

TiO2 is a wide band gap semiconductor with important applications in photovoltaic cells. Vertically aligned Tit2 nanorod arrays （NRs） are grown on the fluorine-doped tin oxide （FTO） substrates by a multicycle hydrothermal synthesis process. The samples are characterized by X-ray diffraction （XRD）, scanning electron microscopy （SEM）, high-resolution transmission electron microscopy （HRTEM）, and selected-area electron diffraction （SAED）. It is found that dye-sensitized solar cells （DSSCs） assembled by the as-prepared Tit2 single-crystal NRs exhibit different trends under the condition of different nucleation and growth concentrations. Optimum cell performance is obtained with high nucleation concentration and low growth cycle concentration. The efficiency enhancement is mainly attributed to the improved specific surface area of the nanorod.     

Charge transfer modification of inverted planar perovskite solar cells by NiOx/Sr:NiOx bilayer hole transport layer

Perovskite solar cells (PSCs) are the most promising commercial photoelectric conversion technology in the future. The planar p-i-n structure cells have advantages in negligible hysteresis, low temperature preparation and excellent stability. However, for inverted planar PSCs, the non-radiative recombination at the interface is an important reason that impedes the charge transfer and improvement of power conversion efficiency. Having a homogeneous, compact, and energy-level-matched charge transport layer is the key to reducing non-radiative recombination. In our study, NiO$_{x}$/Sr:NiO$_{x}$ bilayer hole transport layer (HTL) improves the holes transmission of NiO$_{x}$ based HTL, reduces the recombination in the interface between perovskite and HTL layer and improves the device performance. The bilayer HTL enhances the hole transfer by forming a driving force of an electric field and further improves $J_{\rm sc}$. As a result, the device has a power conversion efficiency of 18.44%, a short circuit current density of 22.81 mA$\cdot$cm$^{-2}$ and a fill factor of 0.80. Compared to the pristine PSCs, there are certain improvements of optical parameters. This method provides a new idea for the future design of novel hole transport layers and the development of high-performance solar cells.     

多功能氨基酸衍生物钝化的高性能钙钛矿太阳能电池

采用含有羧基、氨基和苯基等多官能团的氨基酸衍生物分子(Fmoc-L-异亮氨酸,Fmoc-Ile-OH)钝化钙钛矿薄膜表面缺陷。首先,该氨基酸衍生物可降低钙钛矿薄膜中PbI₂杂质含量,并提高钙钛矿薄膜的颗粒尺寸。其次,氨基酸衍生物的引入可有效改善钙钛矿薄膜的光学特性和钙钛矿/电荷传输层界面载流子输运性能。另外,经钝化处理的钙钛矿太阳能电池表现出更优的器件二极管理想因子、更低的陷阱填充极限电压和更高的载流子复合电阻,这些结果证实了Fmoc-Ile-OH可有效钝化钙钛矿薄膜表面缺陷。最后,通过工艺条件优化,制得了转化效率为21.09%的高效钙钛矿太阳能电池器件,其性能远优于对照组器件的效率(18.00%)。     

基于CsPbBr3量子点的湿度传感器的制备及其在微裂纹检测中的应用

采用简单的溶液路线结合乙酰丙酮铁(AAI)改性技术,制备了分散性良好、尺寸均匀的钙钛矿型CsPbBr₃-Fe量子点(QDs),通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及光致发光(PL)光谱对材料进行表征。并通过旋涂法构筑基于钙钛矿QDs的电阻式湿度传感器。湿敏特性测量结果表明：该湿度传感器在10%~100%的相对湿度(RH)的检测范围内具有良好的线性、快速响应特性;在70% RH时传感器的灵敏度为1.1,响应时间为33 s,恢复时间为38 s。此外,我们运用有限元方法模拟了管道微裂缝的泄漏行为,通过模拟不同流速、压力下的流速场和压力场分布,验证了利用湿度传感器检测泄漏点位置的可行性。     

可见光响应的Co3(PO4)2/Ag3PO4纳米复合光催化剂的制备及表征

采用简单的化学偏聚法合成出Ag3PO4纳米颗粒、磷酸钴(Co3(PO4)2,CoP)纳米片以及它们两者的纳米复合结构(CoP/Ag3PO4),同时还比较了它们的可见光催化活性.采用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱以及光致发光谱等手段对其形貌、结构、光学以及可见光催化性能等进行表征.结果表明,CoP/Ag3PO4复合纳米结构的可见光降解甲基橙(MO)的速率和循环稳定性均明显优于其它两种物质.这表明CoP应该起着共催化剂的作用,它能够抑制光生电子与空穴之间的复合,并且提供大量高活性的光生空穴.此外,我们还发现CoP/Ag3PO4降解另一种阳离子型染料——罗丹明B(RhB)的能力则远不如纯Ag3PO4,这可能是与光催化剂的表面性质发生改变有关,造成更低的RhB吸附能力.本文提供了一种廉价制备高效可见光催化剂的新方法.     

晶体相场法模拟纳米晶材料反霍尔-佩奇效应的微观变形机理

采用晶体相场模型模拟获得了平均晶粒尺寸从11.61–31.32 nm的纳米晶组织, 研究了单向拉伸过程纳米晶组织的强化规律的微观变形机理. 模拟结果表明: 晶粒转动、晶界迁移等晶间变形行为是纳米晶材料的主要微观变形方式, 纳米晶尺寸减小, 有利于晶粒转动, 使屈服强度降低, 显示出反霍尔-佩奇效应.当纳米晶较小时, 变形量超过屈服点达到4%, 位错运动开启, 其对变形的直接贡献有限, 主要通过改变晶界结构而影响变形行为, 位错运动破坏三叉晶界, 引发晶界弯曲, 促进晶界迁移. 随纳米晶增大, 晶粒转动困难, 出现晶界锯齿化并发射位错的现象. 关键词： 晶体相场 纳米晶 反霍尔-佩奇效应 微观变形     

基于CsPbBr3量子点的湿度传感器的制备及其在微裂纹检测中的应用

采用简单的溶液路线结合乙酰丙酮铁(AAI)改性技术，制备了分散性良好、尺寸均匀的钙钛矿型CsPbBr₃-Fe量子点(QDs)，通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)以及光致发光(PL)光谱对材料进行表征。并通过旋涂法构筑基于钙钛矿QDs的电阻式湿度传感器。湿敏特性测量结果表明：该湿度传感器在10%~100%的相对湿度(RH)的检测范围内具有良好的线性、快速响应特性；在70% RH时传感器的灵敏度为1.1，响应时间为33 s，恢复时间为38 s。此外，我们运用有限元方法模拟了管道微裂缝的泄漏行为，通过模拟不同流速、压力下的流速场和压力场分布，验证了利用湿度传感器检测泄漏点位置的可行性。     

可见光响应的Co3(PO4)2/Ag3PO4纳米复合光催化剂的制备及表征

采用简单的化学偏聚法合成出Ag₃PO₄纳米颗粒、磷酸钴（Co₃（PO₄）₂,CoP）纳米片以及它们两者的纳米复合结构（CoP/Ag₃PO₄）,同时还比较了它们的可见光催化活性. 采用场发射扫描电镜（FESEM）、X 射线衍射（XRD）、紫外-可见（UV-Vis）吸收光谱以及光致发光谱等手段对其形貌、结构、光学以及可见光催化性能等进行表征. 结果表明,CoP/Ag₃PO₄复合纳米结构的可见光降解甲基橙（MO）的速率和循环稳定性均明显优于其它两种物质. 这表明CoP应该起着共催化剂的作用,它能够抑制光生电子与空穴之间的复合,并且提供大量高活性的光生空穴. 此外,我们还发现CoP/Ag₃PO₄降解另一种阳离子型染料——罗丹明B（RhB）的能力则远不如纯Ag₃PO₄,这可能是与光催化剂的表面性质发生改变有关,造成更低的RhB吸附能力. 本文提供了一种廉价制备高效可见光催化剂的新方法.