有机-无机杂化钙钛矿自组装量子阱结构的能带调控和光电性能的研究

有机-无机杂化钙钛矿材料具有分子尺度上调节能带结构的特点,在光、电、磁等领域均表现出了优异的性能.通过简单的旋涂方法,成功的制备了具有不同无机层层数的杂化钙钛矿材料(C₆H₁₃NH₃)₂(CH₃NH₃)_n-1Pb_nI_3n+1 (简写为C₆Pb关键词： 杂化钙钛矿 量子阱 带隙 光电性能     

全无机钙钛矿太阳能电池湿度稳定性和光热稳定性研究进展

近年来,钙钛矿太阳能电池因高效率、低成本等特点获得了持续的关注,但是有机成分在稳定性方面始终存在一些问题.相比于有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池,全无机钙钛矿材料可以很大程度上避免外界环境的影响,对氧环境要求低,对于湿度环境的容许度也比较大;由于自身结构,在光热稳定性方面,也要优于有机-无机杂化钙钛矿.因此,发展全无机钙...     

有机-无机杂化钙钛矿材料的本征稳定性

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已逾24%,效率的飞速提升加之可低成本溶液法制备的市场优势,使人们越来越期待钙钛矿太阳能电池的商业化.目前钙钛矿太阳能电池商业化所面临最大的障碍是材料乃至器件的长期不稳定性,这使其无法在使用寿命上与已商品化的硅基等太阳能电池匹敌.本文从化学不稳定性和相不稳定性两个层面剖析了有机-无机杂化钙钛矿材料本征不稳定性的问题,并从组分设计及制备工艺等角度给出了提高钙钛矿太阳能电池器件稳定性的相关建议.     

高压下低维有机-无机杂化钙钛矿MAPbI3纳米立方块带隙调控及光学性能的研究

低维有机-无机杂化钙钛矿材料由于其独特的光电性能而受到广泛关注。本文利用金刚石对顶砧装置对不同尺寸的CH_3NH_3PbI_3(MAPbI_3)纳米立方块进行了高压研究。并探索了尺寸效应对MAPbI_3纳米立方块在高压下的光学性能的影响规律。高压原位紫外-可见吸收和荧光光谱结果显示,两种不同尺寸的MAPbI_3纳米立方块的带隙和光学性能出现了不同的变化规律。其中,小尺寸MAPbI_3纳米立方块,在0.25 GPa以下,带隙随着压力的增加一直减小,而对于大尺寸纳米立方块的带隙,在0.67 GPa以下,随着压力的增加持续增加。原位高压拉曼的测量和分析表明,尺寸效应与八面体[PbI_6]~(4-)和有机阳离子CH_3NH_3~+间的相互作用有关。我们的研究结果为深入了解低维有机-无机杂化钙钛矿纳米晶的带隙调控和光学特性以及结构稳定性提供了研究依据,为提高有机-无机杂化钙钛矿电池的转化效率开辟了一种研究思路。     

基于微区光学系统的二维杂化钙钛矿稳定性研究

二维钙钛矿材料由于其具有特殊和更稳定的光电性能逐渐成为材料领域的一个研究热点。为了研究二维杂化钙钛矿的稳定性,用旋涂法制备了二维杂化钙钛矿代表性材料(C_6H_5C_2H_4NH_3)_2(CH_3NH_3)_2Pb_3I_(10)的薄膜样品,在薄膜上旋涂一层PMMA进行对比,测量两种薄膜随激光照射时间变化的光致发光光谱变化。结果表明,二维杂化钙钛矿在空气中仍然存在光稳定性较差的问题,其结构在连续激光的作用下被破坏、造成不可逆转的分解;而PMMA薄膜的覆盖能对二维杂化钙钛矿起到很好的保护作用。     

石墨烯在钙钛矿太阳能电池中的应用

正近年来,基于有机-无机杂化钙钛矿材料的太阳能电池(简称钙钛矿太阳能电池,perovskite solar cells)因为具备优良的光电转换性能、成本低廉且易于规模化生产等特点,而在国际上备受关注。2009年CH3NH3Pb I3首次被用作染料敏化太阳能电池中的光吸收剂,获得了3.8%的光电转换效率,这掀起了钙钛矿太阳能电池的研究热潮。短短几年内,钙钛矿太阳能电池的光电效率得到迅速提升。最近美国国家能源部可再生能源实验室(NREL)认证的     

基于二维有机无机杂化钙钛矿的薄膜晶体管

三维有机无机杂化钙钛矿因其优异的光电性能被视为光电领域极具前景的材料,但其在湿度环境下的不稳定性成为制约产业化进程的关键因素之一.本文采用一步溶液法成功制备了碘化铅基二维钙钛矿(PEA)₂(MA)_n–1Pb_nI_3n+1 (n=1, 3,6, 20, 30),对钙钛矿的维度及微观结构进行调控,并将其应用作为薄膜晶体管(TFTs)器件的半导体沟道层.实验结果表明,独特的二维层状结构和量子约束效应有效地抑制了器件的环境不稳定性和离子迁移现象, TFTs器件性能得到提高.基于准二维Quasi-2D (n=6)钙钛矿的薄膜晶体管器件空穴迁移率(μ_hole)达到3.9 cm²/(V·s)、阈值电压为1.85 V、开关比高于10⁴.首次提出将准二维有机无机杂化钙钛矿材料应用到薄膜晶体管中,为制备高性能、高稳定性的薄膜晶体管器件提供了新的思路.     

有机-无机杂化钙钛矿中的自旋输运和磁场效应

有机-无机杂化钙钛矿(OIHPs)是现阶段较为新颖的光电子材料之一,已被广泛地应用于太阳能电池和发光领域。然而,该类材料已被证实具有较强的自旋轨道耦合和Rashba效应,并且具备较高的载流子迁移率和消光系数。因此,这为实现自旋注入和自旋调控提供了重要依据。本文从三个方面对有机-无机杂化钙钛矿的自旋光电子学展开论述,首先是自旋极化电子在钙钛矿自旋器件中的输运研究以及铁磁-钙钛矿自旋界面研究;其次,是该材料在激发态下的磁场效应研究;最后,就钙钛矿自旋光电子学未来发展进行了探讨和评论。     

溶液法制备全无机钙钛矿太阳能电池的研究进展

太阳能光伏技术,能实现太阳能与电能的高效转换,是实现人类文明可持续发展的关键绿色能源技术.其中,有机无机杂化钙钛矿太阳能电池具有优异的光电特性、低廉的制备成本、高效的转换效率,已成为该领域的研究前沿.虽然有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已约高达24%,但其体系中的有机物组分易受环境中的光、热、潮等因素影响而分解,致使器件稳定性存在严重的缺陷,极大地限制了钙钛矿太阳能电池的产业化进程.因此,如何制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池,是目前该领域的研究热点与难点,而发展具有更高环境稳定性的全无机钙钛矿太阳能电池具有重要意义.本文回顾了近年来全无机钙钛矿太阳能电池领域的研究成果,重点审视了钙钛矿薄膜的湿法制备工艺,并探讨了器件在光热稳定性方面的改善,为进一步推动钙钛矿太阳能电池的实用化进程提供可行性参考.     

影响杂化钙钛矿太阳能电池稳定性的因素探讨

自从2009年首次报道采用有机-无机杂化钙钛矿作为吸光材料用于太阳能电池以来, 钙钛矿太阳能电池效率的快速提升引起了人们广泛的关注, 这类电池同时具有制备工艺简单、成本低廉等优点, 引发了钙钛矿电池的研究热潮. 目前研究工作大多数集中在如何提高电池的光电转化效率, 但钙钛矿电池要真正实现产业化应用, 急需要解决材料及器件的稳定性问题. 本文探讨影响钙钛矿材料及器件的稳定性因素, 从温度及湿度等方面分析了材料的稳定性, 从传输材料及其界面问题讨论了器件的稳定性.     

低维光电材料与器件专刊序

随着后摩尔时代的来临以及移动互联网、可穿戴柔性电子等领域的高速发展,人们对超小尺寸、超高速、超高效率、超低功耗光电子技术的需求日益迫切,对光电材料与器件的性能也提出了更高的要求.近年来,一系列新型低维光电材料如量子点、纳米线、二维材料、微纳光子结构、有机无机杂化钙钛矿等相继涌现,并展示出良好的性能.     

结构乱序对二维有机-无机杂化钙钛矿材料中激子行为和动力学的影响

本文合成了2-苯基乙基铵碘化铅(PEPI)和4-苯基-1-丁基铵碘化铅(PBPI)两种二维有机-无机杂化钙钛矿薄膜样品,并采用稳态吸收光谱、温度依赖的光致发光光谱和超快瞬态吸收光谱开展了细致的比较性研究. 由于含有较多的乙基基团,PBPI比PEPI具有更长的有机链,其无机骨架发生变形,从而引入结构乱序. 通过能域光谱线形和时域动力学的比较分析,揭示出PBPI中更大程度的结构乱序会导致更多缺陷态的形成,这些缺陷态可作为陷阱态以促进激子动力学. 另外,温度依赖的超快光谱揭示出激子共振的精细结构,并表明其与无机骨架而非有机链相关. 更进一步,在PEPI和PBPI中均观察到光激发相干声子,并揭示出结构乱序对无机骨架低频拉曼振动的微妙影响. 该工作为二维杂化钙钛矿材料的光学性质、激子行为和动力学以及相干声子效应提供了有益的见解.     

碘化钾对两步法制备钙钛矿薄膜及其电池性能的影响

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池因具有光电转化效率高和制备成本低廉等优点而备受关注.钙钛矿薄膜中的缺陷是限制钙钛矿电池性能进一步提升的重要因素,而缺陷调控又依赖于薄膜制备方法的发展和进步.两步法是制备钙钛矿薄膜和电池的主要方法之一,但目前对在两步法前驱液中引入添加剂如何影响钙钛矿薄膜结晶过程和缺陷密度的认识不足.本工作致力...     

高压下有机-无机杂化钙钛矿CH_3NH_3PbI_3的结构及光学性质研究

近年来,随着有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的飞速发展,对此类材料基本物性的探索引起了科学家们的广泛关注.本文利用金刚石对顶砧装置对甲胺基碘化铅(CH_3NH_3PbI_3)进行高压实验,研究了室温下压力诱导CH_3NH_3PbI_3的结构变化以及压力对其光学性质的调控,实验最高压力为7 GPa.原位高压同步辐射X射线衍射实验结果显示,CH_3NH_3PbI_3样品在0.3 GPa由四方相转变为正交相,在4 GPa左右开始非晶化.结合原位高压吸收和荧光光谱,分析了压力对CH_3NH_3PbI_3带隙大小的调控作用.进一步利用原位高压拉曼光谱和红外光谱实验研究了CH_3NH_3PbI_3晶体中有机阳离子(CH_3NH_3~+)在高压下的行为.完全卸压后,样品恢复到加压前的初始状态.研究结果可为深入了解有机-无机杂化钙钛矿的光学性质和结构稳定性提供一些信息.     

有机无机杂化固态太阳能电池的研究进展

近年来, 由于钙钛矿材料优良的光学吸收和电荷传导特性, 有机无机杂化固态太阳能电池取得了突破性的进展. 自2009年首次报道了光电转换效率为3.8%的钙钛矿太阳能电池以来, 该类电池的效率不断突破. 基于介孔薄膜的电池已取得了超过16.7%的认证光电转换效率, 基于平板异质结结构电池光电转换效率达到19.3%, 已接近传统硅基太阳能电池的光电转换效率. 本文将介绍有机无机杂化钙钛矿作为光电材料的光学物理结构特性, 以及在固态太阳能电池中的应用. 基于固态钙钛矿太阳能电池结构上的差异, 分别介绍其在多孔结构、平板异质结结构、柔性结构以及无空穴传导材料结构电池工作特性和各自优势, 以及影响电池特性的主要影响因素, 特别是钙钛矿成膜控制等. 并阐述对钙钛矿电池的理解和进一步提高固态钙钛矿电池光电转换效率需要关注的重点以及展望.     

高效稳定卤化物钙钛矿太阳能电池的进展与挑战（特邀）

近年来,有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池因其制作工艺简单、成本低、效率高等优点备受关注。问世至今短短十余年间,其光电转化效率已飙升至26%,目前在单异质结光伏电池中排名第三,并且未来仍具有很大的发展潜力。本文依次介绍了杂化钙钛矿材料的结构与性质,以及钙钛矿太阳能电池常见的器件结构演化过程,重点总结了近几年来在利用缺陷钝化策略提高光电转化效率方面取得的最新研究成果,最后阐述了钙钛矿太阳能电池面临的挑战并对其未来商业化前景进行了展望。     

封面故事

<正>本期封面显示的是由大连理工大学赵纪军教授课题组在太阳能电池领域首次发现具有反向量子阱分布的一系列二维dlesden-Popper钙钛矿材料(2D-RPPs),并成功使用该材料制备太阳能电池。相应研究详见:Wei Y et al. Adv. Energy Mater.,2019,9:1900612。近年来,有机—无机金属杂化钙钛矿材料因其可调的带隙、     

“钙钛矿光电材料与器件”专栏导读

正基于钙钛矿材料的光电性能研究是近年来的研究热点,该领域发展十分迅速。有机-金属-卤素杂化钙钛矿材料显示了优异的光电性能,其迅速提升的光伏及发光效率以及其可大范围设计调节的光电特性成为国际材料学界和光电子学界关注的研究热点。当前钙钛矿太阳能电池认证效率已超过25%,成为仅次于单晶硅的薄膜太阳能电池技术。其电     

钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的研究进展

有机—无机杂化钙钛矿电池因其禁带宽度可调、光吸收系数高、光电转化效率高、制备成本低等优点而被用于硅基叠层太阳能电池中,使得太阳能电池的转换效率提高,生产成本降低,应用范围也更为广泛。文章介绍了钙钛矿吸收材料和钙钛矿/晶硅叠层电池的工作原理,对钙钛矿/晶硅叠层电池的类别、影响其性能的主要因素进行了归纳综述,对钙钛矿/晶硅叠层电池未来发展进行了展望。     

氧化镍在倒置平面钙钛矿太阳能电池中的应用进展

近年来有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因具有光电转换效率高、制备工艺简单等优点而受到广泛关注.空穴传输层(hole transport layer, HTL)的选择及其优化对器件的性能至关重要.氧化镍(NiO_x) HTL具有化学稳定性好、空穴迁移率高、制备方法简单等特点,在PSCs中得到了广泛应用.本综述从NiO_x HTL在平面PSCs中的应用入手,系统介绍了通过掺杂和表面修饰法实现对NiO_x HTL薄膜的结构和光电性能的改性,并从能级匹配、空穴迁移率及结晶性等多个角度详细评述了NiO_x改性对PSCs光电转换效率、填充因子、开路电压、短路电流和稳定性的影响规律,最后对于NiO_x平面PSCs的未来进行了展望.