可溶液加工的有机-无机杂化钙钛矿:超越光伏应用的“梦幻”材料

有机-无机杂化钙钛矿材料是可通过溶液工艺低温制备得到的直接带隙半导体晶体薄膜.在众多可溶液加工的半导体材料中,有机-无机杂化钙钛矿薄膜是为数不多的低缺陷密度、双极子传输性能优异的晶体薄膜,同时兼具宽光谱吸收和长载流子扩散距离等特性,是平面异质结太阳能电池的理想选择.另外,作为低缺陷密度的直接带隙半导体晶体材料,杂化钙钛矿薄膜具有优异的发光特性.其发光波长可通过能带工程(在分子水平上改变其组分)进行调节,因此有望在发光二极管和激光等光电器件中得到新应用.总结了钙钛矿材料的优异特性和目前应用研究的进展,并对其未来发展做了展望.     

二维有机-无机杂化钙钛矿铁电材料的研究进展

铁电性通常是指电介质材料的自发极化取向随着外加电场发生变化的性能.以自发极化为核心,铁电材料表现出优异的介电响应、热释电性、压电性、电光效应和非线性光学效应等,是一类具有广阔应用前景的功能材料.近年来,二维有机-无机杂化钙钛矿化合物在铁电研究领域崭露头角,逐渐发展为铁电材料的重要组成部分.此类材料具有独特的结构兼容性与...     

一种基于碘化铅的有机/无机杂化钙钛矿材料传输性能的研究

合成了一种新型的有机/无机杂化钙钛矿(NH3C6H4OC6H4NH3)PbI4, 采用元素分析、紫外-可见光吸收光谱、X射线衍射和透射电镜对其结构进行了表征, 结果表明这种材料具有规则的层状结构, 有序性高. 对这种材料的薄膜进行了伏安测试, 结果表明该材料属于n型半导体, 其电子迁移率达到0.065 cm2•V－1•s－1, 在光电器件领域有着潜在的应用前景.     

两步沉积法制备Br或Cl掺杂的有机-无机杂化钙钛矿太阳电池

采用控制前驱体浓度的两步沉积法和插入PbI₂层的DMSO分子（PbI₂（DMSO）复合体）分别与MAX（MA=CH₃NH₃,X=I,Br）或MAX（X=I,Cl）进行的分子内交换法,实现了Br或Cl的掺杂并合成了厚度为300nm左右的混合卤化物钙钛矿MAPbI_3-xBr_x和MAPbI_3-xCl_x膜。MAX前驱体溶液中含5%（摩尔分数,下同）MABr或15% MACl所生成的Br或Cl掺杂钙钛矿膜能提高钙钛矿太阳电池的光伏性能,进一步提高MABr或MACl的含量并不会明显改变掺杂量,但会形成小的白色颗粒或者针孔,这些将对电池的性能产生不利影响。前驱体溶液含5% MABr的MAPbI_3-xBr_x钙钛矿太阳电池所获得的能量转换效率（PCE）为13.2%,含15% MACl的MAPbI_3-xCl_x钙钛矿太阳电池获得了最高13.5%的PCE。     

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池中的钙钛矿层功能添加剂

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池作为新一代薄膜太阳电池,自2009年Mayasaka等制备出第一块钙钛矿太阳电池后得到迅猛发展,截止目前,其认证转换效率由最初的3%达到22.1%。钙钛矿材料作为光吸收层,具有光吸收效率高、载流子迁移率高和电子扩散寿命长等特点,但是其本身对水和氧气敏感,在环境氛围中不稳定。研究表明,在钙钛矿材料中添加一些功能添加剂,通过调节钙钛矿晶体结构、结晶过程和晶体缺陷等方法,可以提高钙钛矿太阳电池的光伏性能或者环境稳定性。本文主要评述了钙钛矿太阳电池中各类功能添加剂的应用研究进展。     

基于有机/无机杂化钙钛矿有序结构的异质结及其光伏性能的研究

研究了一种新型的有机/无机杂化钙钛矿材料(3-BrC₃H₆NH₃)₂CuBr₄薄膜的聚集态形貌和良好的微观有序性特征, 霍尔迁移率测试结果表明该材料为p型半导体, 空穴迁移率为0.0025 cm²•V^－1•s^－1. 利用其在紫外-可见光谱范围内与C₆₀薄膜具有良好的光吸收互补性, 制备并研究了(3-BrC₃H₆NH₃)₂CuBr₄/C₆₀层状异质结结构中的暗态传输和光伏性能. 对不同退火温度下杂化钙钛矿薄膜的聚集态特性和器件性能之间的联系进行了探讨, 结果表明在低温退火条件下, 由于钙钛矿结构材料中有机组分排列更加有序, 器件显示更好的性能.     

有机/无机杂化钙钛矿(C14H13N2O2)2PbCl4的制备与表征

合成了一种新颖的有机/无机杂化钙钛矿(C14H13N2O2)2PbCl4材料,采用元素分析、红外光谱(FT-IR)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、透射电镜(TEM)、电子衍射(ED)、紫外可见光声光谱(UV-Vis PAS)和表面光电压谱(SPS)等手段对其分子结构和聚集态、光学性质和光、电特性进行了表征。结果表明,这种材料具有较好的有序性,在紫外光波段同时具有较好的光电响应和光声特性。     

有机盐发光材料研究进展

有机盐发光材料因其离子性而具有光热稳定性好、熔点高、水溶性好、强静电相互作用及生物相容性好等优点,在生物监测、防伪和光学材料等领域展现出广阔的应用前景.目前,一系列基于氮杂环芳香鎓盐、季铵盐、季鏻盐以及基于柔性烯键和腙键等特定性能的有机盐发光材料被开发出来.该综述对有机盐发光材料的分子设计、发光原理及其最新研究进展进行了分类总结,并对该领域的发展进行了展望.     

硒吩聚合物/寡聚物有机光电材料研究进展

主要从光电性能角度总结了近几年硒吩聚合物/寡聚物在有机太阳能电池(OSCs)、场效应晶体管(FETs)、发光二级管(LED)等方面的研究进展。目前,基于聚硒吩并[3,4-b]硒吩-苯并二硒吩(PSeB2)(polyselenopheno[3,4-b]selenophene-co-benzodiselenophene)本体异质结太阳能电池器件的能量转化效率最高,达6.87%;场效应晶体管方面,基于PSeDPP(P28)器件的空穴迁移率最高达1.62cm2.V-1.s-1。基于PFO-DDSTQ(一种硒吩芴基聚合物)的发光二级管,表现出目前基于硒吩化合物的最长波长发光器件,EL光谱峰值约860nm。通过对研究者的研究成果的总结发现,在有机光电器件的应用领域中硒吩聚合物/寡聚物是一种极具应用前景的材料。     

钙钛矿太阳电池吸光层材料研究进展

近年来,有机-无机卤化铅钙钛矿太阳电池的研究取得了突破性进展,公证记录电池效率22.1%,与CdTe薄膜电池（认证记录电池效率22.1%）和CuInGaSn（CIGS）（认证记录电池效率22.3%）薄膜电池技术相媲美,已经接近于市场上主导地位的晶体硅太阳电池（约25%）。有机卤化铅钙钛矿太阳电池器件的长期效率输出稳定性和含毒性Pb严重制约其实际应用。本文将讨论有机卤化铅钙钛矿太阳电池不稳定性因素和相应的解决方案,并对钙钛矿材料中Pb元素的取代工作和无机非铅钙钛矿材料及其太阳电池的研究进行了阐述与展望。     

脂质体封端CsPbX3(X=Cl,Br,I)纳米晶体的制备及在发光二极管中的应用

以脂质体充当表面封端配体修饰合成后的CsPbX₃纳米晶体.封端CsPbX₃纳米晶能保持原始形状和粒径大小,相对量子产率提升至（100±3）%,发射光谱在411~626 nm范围内可调.将其存储于空气（温度25℃,相对湿度50%）中150 d仍保持立方晶型.以DOPC-CsPbBr₃为颜色转换器可制造显色指数高达91.2的白色发光二极管,应用前景广阔.     

钙钛矿太阳能电池中小分子空穴传输材料的研究进展

有机-无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)从2009年低于5%的能量转换效率到现在经过认证的超过22%的效率,成为科研热点和最有希望商业化的新型太阳能电池。在高性能的PSCs中,空穴传输材料是关键的一环,起到从钙钛矿活性层材料到对电极有效抽取和传输空穴的作用。本文在现有研究成果的基础上,对有机分子空穴传输材料在PSC中的应用进行总结,并强调分子材料结构对PSC器件性能(效率和稳定性)的影响。     

有机无机杂化太阳能电池中常见无机缓冲层材料的研究进展

有机无机杂化太阳能电池中, 电极缓冲层的选择对光电转换效率有着重要的影响. 理想的负极缓冲层兼具传输电子和阻挡空穴的作用, 而理想的正极缓冲层兼具传输空穴和阻挡电子的作用. 常见的无机电子传输材料主要有TiO₂和ZnO等, 而常见的无机空穴传输材料主要有CuI、CuSCN和NiO等. 本文就这些常见的无机缓冲层材料在有机无机杂化太阳能电池中的应用作一简要回顾, 并对其可能存在的问题进行了分析和评述.     

卤化钙钛矿太阳能电池的缺陷容忍及缺陷钝化研究进展

缺陷在钙钛矿太阳能电池的快速发展中起着至关重要的作用。缺陷容忍性,即金属卤化钙钛矿的主导缺陷是浅能级缺陷,它们不会成为强非辐射复合中心,这被认为是金属卤化钙钛矿的独特特性,是其具有高光电转换效率的主要原因。然而,要进一步提高金属卤化钙钛矿的光电转换效率,就需要消除一些可作为非辐射复合中心并严重影响器件性能的少量深能级缺陷,包括点缺陷、晶界、表面和界面等。本文综述了缺陷容忍的研究进展,包括软声子模式和极化子效应。此外,还总结了缺陷钝化的策略,包括通过阳离子或阴离子来钝化离子键,以及通过路易斯酸或路易斯碱来钝化配位键等。     

石墨烯电子器件的研究进展

石墨烯是一种sp²杂化的平面类蜂窝型二维结构材料,特殊的结构赋予其许多优良的性能,如导电、导热性能好,载流子迁移率高和透射性好等,使其在电子器件领域表现出巨大潜力。 本文从石墨烯在三维集成电路中的应用、石墨烯场效应晶体管、石墨烯有机发光二极管及化学传感器四方面综述了石墨烯电子器件的研究进展及现状。     

长余辉纳米材料的控制合成及在疾病诊断中的应用

长余辉纳米材料具有独特的发光性质, 能在激发光关闭后持续发光. 通过收集激发光关闭后的长余辉发光信号可以有效消除背景信号的干扰. 此外, 长余辉材料在成像时无需原位激发, 可以减少生物体系的组织自发荧光和光散射干扰, 提高生物成像和检测的灵敏度. 由于这种独特的光学特性, 长余辉纳米材料在生物传感/生物成像以及疾病治疗等领域被广泛应用. 近年来, 为满足疾病相关生物标志物的体外检测及体内生物成像的应用要求, 控制合成发光性能优异、 生物相容性好的长余辉纳米材料成为研究热点.     

Recent Progress in Azobenzene-Based Supramolecular Materials and Applications

Azobenzene-containing small molecules and polymers are functional photoswitchable molecules to form supramolecular nanomaterials for various applications. Recently, supramolecular nanomaterials have received enormous attention in material science because of their simple bottom-up synthesis approach, understandable mechanisms and structural features, and batch-to-batch reproducibility. Azobenzene is a light-responsive functional moiety in the molecular design of small molecules and polymers and is used to switch the photophysical properties of supramolecular nanomaterials. Herein, we review the latest literature on supramolecular nano- and micro-materials formed from azobenzene-containing small molecules and polymers through the combinatorial effect of weak molecular interactions. Different classes including complex coacervates, host-guest systems, co-assembled, and self-assembled supramolecular materials, where azobenzene is an essential moiety in small molecules, and photophysical properties are discussed. Afterward, azobenzene-containing polymers-based supramolecular photoresponsive materials formed through the host-guest approach, polymerization-induced self-assembly, and post-polymerization assembly techniques are highlighted. In addition to this, the applications of photoswitchable supramolecular materials in pH sensing, and CO₂ capture are presented. In the end, the conclusion and future perspective of azobenzene-based supramolecular materials for molecular assembly design, and applications are given.     

Recent Progress in Framework Materials for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries

Lithium-Sulfur batteries (LSBs) have been considered as a promising candidate for the next generation of energy storage systems due to their high theoretical capacity. However, there are still lots of pending scientific and technological issues to be solved. Framework materials show great potential to address the above-mentioned issues due to the highly ordered distribution of pore sizes, effective catalytic activity, and periodically arranged aperture. In addition, good tunability gives framework materials unlimited possibilities to achieve satisfying performance for LSBs. In this review, the recent advances in pristine framework materials, their derivatives, and composites have been summarized. And a short conclusion and outlook regard to future prospects for guiding the development of framework materials and LSBs.