低维钙钛矿光电探测器研究进展

近年来,三维铅卤钙钛矿由于其优异的光电子性能,作为光电器件(如太阳能电池、发光二极管和激光器等)的新型半导体材料被广泛研究,然而三维钙钛矿的铅毒性以及稳定性差严重阻碍了其商业化应用.低维钙钛矿材料由于其优异的光电性能以及稳定性,在光电应用领域引起了广泛关注.除了用于光伏和发光二极管以外,低维钙钛矿已成为未来光电探测器有...     

二维氟代苯甲胺钙钛矿结构和光电性能的理论研究

二维铅卤钙钛矿太阳能电池以其高稳定性等优良性质展现出重要的应用价值,越来越多的二维铅卤钙钛矿材料被用作太阳能电池的光吸收层,但是关于二维铅卤钙钛矿材料构效关系的理论研究十分匮乏.本文以苯甲胺铅碘、邻氟苯甲胺铅碘和对氟苯甲胺铅碘二维钙钛矿为出发点,通过第一性原理计算比较了它们的晶体结构、形成能、激子结合能、载流子迁移率以及对应器件的光电性能,以考察不同间隔基阳离子对钙钛矿结构、性质以及光电器件性能的影响.结果表明,二维钙钛矿的形成能绝对值越大,光电器件的稳定性越高;钙钛矿的激子结合能越小,光电器件的短路电流密度越大,归纳总结出预测器件短路电流密度的关系式.在间隔基末端使用吸电子基团修饰有望同时提高光电器件的寿命和短路电流密度.本研究对于二维钙钛矿材料有机间隔阳离子的设计和筛选具有指导意义.     

“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     

金属卤化物钙钛矿纳米光电材料的研究进展

金属卤化物钙钛矿广泛应用于太阳能电池、发光二极管和纳米激光器等领域,引起了科学家们极大的兴趣.纳米材料由于具有量子约束和较强的各项异性,表现出与普通块体材料不同的光学和电学性质.金属卤化物钙钛矿纳米材料具有可调节带隙、高量子效率、强的光致发光、量子约束效应和长的载流子寿命等优点,并且其成本低、储量丰富、易于合成多种化合物,有很广阔的光电应用前景.但另一方面,钙钛矿由于表面存在陷阱缺陷状态以及晶体边界导致稳定性较差,环境中的水、氧气、紫外线和温度等因素会使其光电性能大幅度降低.本文介绍量子点、纳米线、纳米片钙钛矿纳米材料的合成与生长机制,并且讨论其新奇的光电性能及在各种光电设备中的应用.最后总结了钙钛矿材料新出现的挑战并讨论了下一代金属卤化物钙钛矿光电设备应用.     

非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料研究进展

铅基卤化物钙钛矿发光材料因具有荧光量子产率高、发射光谱窄、发射波长可调等优异性能优势而备受关注。但金属铅的毒性和钙钛矿的稳定性是其未来在显示与照明领域实际应用中需要解决的问题。因此,探索与铅基卤化物钙钛矿光电性质相当、但更绿色环保的非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料是势在必行的趋势。近年来,非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料的研究取得了显著进展。本文总结了非铅金属卤化物类钙钛矿材料的晶体结构、制备方法和发光机理。归纳了影响非铅金属卤化物类钙钛矿光电性能的因素,并列举了在光致和电致发光器件领域的应用。最后,就如何进一步提升非铅金属卤化物钙钛矿发光材料的性能做了总结和展望。     

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.     

异质结构在光伏型卤化物钙钛矿光电转换器件中的应用

钙钛矿材料由于具有长的载流子扩散长度、较高的吸收系数和较低的缺陷态密度等优点在太阳电池、光电探测器、发光二极管等光电转换器件领域得到广泛应用.同时,层状二维材料、低维半导体纳米结构、金属纳米结构和绝缘材料等功能材料因它们特殊的化学、电学和物理性质而越来越受到人们的关注.为了拓宽钙钛矿材料在光电转换器件的应用,可将钙钛矿与这些功能材料进行组合,形成异质结构,集成两种材料的优点.钙钛矿/功能材料异质结构可作为界面修饰层、电荷传输层、封装层等应用于卤化物钙钛矿光电转换器件中,用来抑制光生载流子的复合损耗,提升载流子的传输性能,改善器件的稳定性等.本文综述了钙钛矿与层状二维材料、低维半导体纳米结构、金属纳米结构和绝缘材料等形成的异质结构在光伏型光电转换器件中应用的最新研究进展,并对该方向未来的发展做出了展望.     

卤化物钙钛矿光伏材料的优化设计研究进展

以CH_3NH_3PbI _3为代表的有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料,具有独特优越的光电特性,例如与可见光谱基本匹配的禁带宽度、强的带边光吸收、平衡的双极性载流子输运、超长的载流子扩散距离以及合适的激子结合能等。从2009年到现在,基于钙钛矿材料构建的太阳能电池光电转化效率由最初的不足4%提升到了超过25%,结合低成本的溶液旋涂样品合成方法,使钙钛矿材料成为新型太阳能电池领域的研究热点。然而,高效率钙钛矿材料中铅元素引起的毒性,以及材料本身的不稳定性一直是阻碍太阳能电池及相关光电器件商业化的两大障碍,人们正在努力解决这些问题。在这篇综述中,详细总结了卤化物钙钛矿光伏材料的优化设计,包括结构式为AMX_3的单钙钛矿,A_2MM'X_6的双钙钛矿,A_2MX_6的有序空位双钙钛矿,A'_2A_(n-1)M_nX_(3n+1)的二维钙钛矿以及类钙钛矿材料(如A_3M_2X_9)。通过材料优化设计,在一定程度上解决或改善了钙钛矿的材料稳定性和毒性问题,但光伏性能仍有待进一步优化提升。在此研究过程中,第一性原理高通量材料模拟在材料设计方面显示了预测能力,得到了与实验研究交互反馈、相互印证的结果。在综述研究进展的同时,进一步讨论了优化设计的新材料存在的问题,并展望了解决这些问题的潜在途径。     

基于模板剥离法制备高性能钙钛矿单晶薄膜光电探测器

近年来,杂化钙钛矿半导体材料由于其带隙可调、吸收系数高、载流子迁移率高、成本低廉等诸多优点,在光电器件领域备受青睐,如太阳能电池、电致发光器件、光电探测器等。其中,钙钛矿单晶薄膜因其无晶界、杂质和缺陷含量低等特点,展现出更为优异的光学、电学特性,成为制备高性能光电器件的理想材料体系。然而,钙钛矿单晶薄膜常采用空间限域法直接生长在空穴传输层上,不可避免地将导致界面缺陷和载流子层间输运等问题,严重制约了钙钛矿单晶薄膜光电探测器的性能。为此,本文通过引入模板剥离法工艺技术,在钙钛矿单晶薄膜两侧分别蒸镀功能层材料,制备了结构为Cu/BCP/C₆₀/MAPbBr₃/MoO₃/Ag的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。基于模板剥离法,两侧蒸镀的功能层与钙钛矿单晶薄膜接触紧密,将有效改善载流子的注入和传输;同时,优化的器件结构以及考虑能带匹配等因素可实现高灵敏、响应快速的钙钛矿单晶薄膜光电探测器。改进后器件的开关比高达3.1×10³,响应度可达7.15 A/W,探测率为5.39×10¹² Jones,...     

二维钙钛矿太阳能电池光电流成像研究

深入了解钙钛矿太阳能电池中微纳空间形貌特征、光电特性与光伏参数之间的关系,对于 指导高效钙钛矿太阳能电池器件的构建至关重要。本文通过将时间分辨共聚焦荧光显微镜与光电 流检测模块相结合,实现了二维（2D）层状钙钛矿太阳能电池在实际工作条件下微纳空间的光电 流、荧光强度和荧光寿命成像检测。发现在钙钛矿多晶膜中同一个晶粒的不同区域,光电流与荧 光强度和荧光寿命成像之间存在明显的负相关性,在微纳空间尺度上建立了光伏参数与材料光电 性质和形貌之间的相互关联,为钙钛矿太阳能电池的性能优化提供了理论指导。     

基于电荷转移的钙钛矿单晶和多晶材料表面增强拉曼散射研究（英文）

近年来,钙钛矿作为一种新型的能源材料受到了众多学者的广泛关注。由于其具有较高的吸收系数、载流子迁移率以及扩散长度而被应用到光电器件中,例如:太阳能电池、光电探测器、场效晶体管以及发光二极管等。器件界面电荷转移过程则是影响钙钛矿材料性能的一个关键因素,在本工作中,利用表面增强拉曼光谱,研究了钙钛矿材料的电荷转移性质;制备了MAPbCl3钙钛矿单晶以及多晶薄膜,并在其表面沉积一层酞菁铜分子;随后,在酞菁铜表面再次沉积一层银膜。试图通过表面增强拉曼光谱(SERS)技术研究钙钛矿-钛菁铜界面的电荷转移过程以及表面银膜所产生的表面等离子体共振对于界面电荷转移及SERS性质的影响。研究结果表明,钙钛矿材料与钛菁铜分子能级匹配,且对于532 nm激发波长的激光具有良好的响应; 532 nm激光能够诱导界面电荷转移过程的发生。同时,表面沉积的银膜可以进一步放大SERS信号。这主要是由于银膜的表面等离子体共振能够增强电荷分离,提高电荷转移效率,同时其表面产生的较强的电磁场,可以进一步增强钛菁铜分子的Raman信号强度。     

钙钛矿太阳电池中的缓冲层研究进展

基于钙钛矿材料优异的光电特性,钙钛矿太阳电池的转换效率迅速提高.但制约钙钛矿太阳电池性能的因素依然存在,例如:界面问题、稳定性问题等.通过在载流子传输层/电极及载流子传输层/光吸收层之间引入能带结构合适的缓冲层,可有效改善界面间的能带失配、载流子复合及化学反应等问题,进而提高钙钛矿电池中的电荷分离及收集效率,实现界面及稳定性问题的有效改善.本文总结了当前钙钛矿太阳电池中引入的缓冲层材料,全面分析了不同缓冲层材料钝化空穴传输层/阳极、电子传输层/阴极、空穴传输层/吸收层及电子传输层/吸收层间界面的机理,对比了不同缓冲层材料对电池性能的影响,总结了缓冲层材料在钙钛矿电池中的作用,最后指出了钙钛矿电池中各界面缓冲层材料的研究趋势及发展方向.     

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     

光栅结构减反膜在钙钛矿太阳能电池上的应用

钙钛矿太阳能电池作为新型的光伏器件目前获得了广泛的关注,其光电转换效率不断提高.钙钛矿电池的光电转换性能除了和钙钛矿薄膜的光电性能有密切关系之外,还受到器件的结构、界面、光学设计等方面的影响.研究了钙钛矿电池的表面光学特性,在电池表面引入一层减反薄膜,从而降低光线在表面的反射损失,以期提高电池的转换效率.通过研究薄膜微...     

纳米成核点辅助结晶对钙钛矿光电探测器性能的影响

有机无机杂化钙钛矿材料因具有可调节的带隙宽度、优异的载流子传输性能、可低温溶液法制备等优点,近年来在光电器件的应用研究上受到了广泛的关注.对于平面光电导型探测器,电荷在两电极之间需横穿钙钛矿层,由于钙钛矿晶体的形成能较低,在晶界和薄膜表面易产生缺陷,光生载流子被缺陷阻挡而加剧激子的非辐射复合,造成器件光电性能下降.本文通过在钙钛矿界面层下方引入微量的氧化石墨烯纳米片作为钙钛矿晶体的有效成核点,使得钙钛矿晶体可依附于氧化石墨烯形核,降低钙钛矿晶体成核势垒的同时与钙钛矿形成铅-氧键,最终获得晶体颗粒增大、晶界数量减少、薄膜致密的钙钛矿层.由于氧化石墨烯在玻璃基底上的含量极低,大片玻璃基底裸露并与钙钛矿直接接触,因此钙钛矿层应视为制备在玻璃基底上.在氧化石墨烯纳米片的影响下钙钛矿与玻璃基底的接触更为紧密,有效降低界面间的激子非辐射复合概率,提高了界面间电荷传输性能.最终,在氧化石墨烯纳米片最优制备参数的影响下,钙钛矿光电探测器光电流相比空白对照器件提高了1个数量级,在3 V偏压下的开关电流比为5.22×10³,并且最优的光电探测器的光响应速度明显提高,上升时间为9.6 ...     

全无机钙钛矿CsPbX_3热稳定性研究进展

凭借高量子效率、带隙可调、制备简单、高吸光系数和高耐缺陷性的优点,全无机钙钛矿(CsPbX_3,X=Cl,Br,I)材料在光电和光伏器件领域展现出较出色的应用前景。然而,现有材料热稳定性的不足降低了这些应用的耐久性和可靠性。本综述从全无机钙钛矿材料温度相关的热分解过程入手,有针对性地阐述了全无机钙钛矿热稳定性增强策略,并展示了迄今报道的高可靠性全无机钙钛矿光电和光伏器件的性能参数和应用领域。最后对今后发展热稳定全无机钙钛矿材料存在的机遇进行了展望。     

半透明钙钛矿太阳能电池的技术关键EI北大核心CSCD

基于ABX3晶体结构材料的新型钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、可溶液加工以及低温工艺兼容等优势。与此同时,利用钙钛矿材料合成方法简单、带隙可调以及膜厚和透过率可控等优点制备的半透明钙钛矿太阳能电池为薄膜光伏的发展带来了新的契机,在建筑集成光伏和叠层光伏等领域应用前景广阔。开发高效且高稳定的半透明钙钛矿太阳能电池已成为目前光伏领域的研究重点。本文系统综述了半透明钙钛矿太阳能电池的各功能层(钙钛矿光活性层、电荷传输层和电极)材料选择、光学特性调控、电学特性优化以及制备工艺调控等技术策略,同时提出了对半透明钙钛矿太阳能电池未来发展的一些展望。     

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。     

n-i-p结构钙钛矿太阳能电池界面钝化的研究进展

近年来有机-无机杂化钙钛矿材料因其吸收系数高、成本低廉、制备工艺简单等优点吸引了大批科研人员进行研究,目前在实验室制备的电池能量转换效率已经超过23%.钙钛矿太阳能电池一般采用溶液法逐层制备,在此过程中由于退火温度、结晶速率等因素的影响,钙钛矿内部以及界面会产生大量的缺陷,这些缺陷会增加载流子复合概率,降低载流子寿命,严重影响钙钛矿太阳能电池的性能.因此研究和理解钙钛矿的缺陷对制备高效钙钛矿太阳能电池至关重要.本文讨论了在正式结构中,钙钛矿太阳能电池缺陷的产生以及缺陷对钙钛矿太阳能电池的影响,分析了不同材料钝化电子传输层/钙钛矿层界面以及钙钛矿层/空穴传输层界面缺陷的机理,对比了不同钝化材料对钙钛矿太阳能电池光伏性能的影响,总结了界面钝化材料在钙钛矿太阳能电池中的作用.最后指出了钙钛矿太阳能电池钝化缺陷的研究趋势和发展方向.     

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。