首推!大牛系列黄维院士:2023年钙钛矿器件集锦
来源:小九直播nba免费观看 发布时间:2024-02-14 01:12:20的最新重要进展进行了梳理,总结了钙钛矿太阳能电池、钙钛矿发光二极管以及钙钛矿材料的其他应用,今天给大家分享
铅基钙钛矿发光二极管虽然具有优秀的发光性能和效率,但是由 铅离子的毒性、生物积累和不可降解所产生的环境问题难以解决。因此,发展新型的、具备优秀能力性能的非铅钙钛矿是目前研究的热点。
南京工业大学黄维院士、王娜娜教授和王建浦教授团队通过在锡基钙钛矿前驱体中加入适当的添加剂,能抑制发光猝灭,从而获得高量子效率的发光二极管。锡基钙钛矿前驱体中加入了能够与SnI2形成强化学键的添加剂(苯乙胺氢碘酸盐,PEAI,维生素 B1,VmB1)以此来实现了对锡基钙钛矿薄膜生长的调控,制备出了形貌规则、结晶良好的具有低缺陷密度的锡基钙钛矿薄膜。最高发光量子效率可达34%(激发功率密度:~200 mW/cm2),平均发光量子效率为29±3%。基于此低密度钙钛矿薄膜制备的冠军红外发光二极管(发射峰894 nm)的外量子效率达到8.3%,平均外量子效率为6.5%,证明了该种方法良好的重复性。
迄今为止,钙钛矿太阳能电池的大部分效率记录都是通过混合离子FA基钙钛矿实现的。然而,少量的这些离子会影响相应器件的操作稳定性。已经证明,混合离子钙钛矿在连续光照下会遭受相偏析。挥发性阳离子成分引起的钙钛矿薄膜中针孔和残留PbI2的形成严重影响了器件在高温或潮湿条件下的性能。
基于此,南京工业大学王芳芳&秦天石&黄维团队设计了一种多功能氟化添加剂,它抑制了复杂的中间相,并促进了α-FAPbI3的定向结晶。添加剂在钙钛矿膜形成过程中进一步原位聚合,并形成氢键网络以稳定α-FAPbI3。在连续阳光照射下,未封装装置的效率达到24.10%,在持续阳光照射下保持1000小时,在湿度约50%的环境空气中保持2000小时,其效率保持在初始效率的95%以上
界面处的空穴提取效率大大低于电子提取效率,导致界面空间电荷的形成和积累。大多数研究集中在开发具有高空穴迁移率的新型高温超导激光器或增加界面层来提供梯度能级,然而,仍然不可能有效地实现平衡的载流子提取。
黄维院士、秦天石教授、王芳芳副教授团队报道了一种热聚合添加剂N-乙烯-2-吡咯烷酮(NVP)作为钙钛矿薄膜中的聚合物模板,然后使用传统的HTL/氯苯(CB)溶液旋涂工艺来去除残留的杂相并打开GBs形成单一的钙钛矿颗粒,从而抑制了与缺陷相关的非辐射复合。此外,这一过程还形成了一种新型的钙钛矿/HTL复合薄膜结构,它提供了明显更大的钙钛矿和HTL之间的接触面积,从而促进了空穴提取以实现平衡电荷传输。PSCs反向扫描和正向扫描的认证效率分别为24.55%和24.25%。此外,根据ISOS-L-2方案,基于NVP的PSCs在1100h内保持95%的初始效率,并且根据ISOS-D-3加速老化试验,具备优秀能力的耐久性。
二维层状金属卤化物钙钛矿材料(2D-LMHPs),因其优异的电子和光学性质,以及高稳定性,慢慢的变成了极具前景的有机-无机杂化半导体材料之一。迄今为止,溶液处理的二维层状金属卤化物钙钛矿2D-LMHP薄膜材料,具有多量子阱quantum wells(QWs)结构,这严重阻碍了光电子学的进一步发展。
与具有多个量子阱的二维层状金属卤化物钙钛矿材料2D-LMHP相比,具有纯相位量子阱的2D-LMHP,呈现平坦的能量分布,也会产生更少的能量或电荷转移损失,并使其更不容易退化。因此,对于促进钙钛矿基器件的发展是极具吸引力的。近日,澳门大学Hao Gu,邢贵川Xiang Cuichuan、南京邮电大学Junmin Xia(共同一作),黄维Wei Huang院士、南京工业大学陈永华Yonghua Chen、西安交通大学梁超Liang Chao等,在Nature Review Materials上发表评述文章。
量子点发光二极管(QLED)由于其在器件效率、可见光区域的颜色纯度/可调谐性以及在各种衬底上的溶液解决能力方面的优异性能, 使其成为极具潜力的柔性和超薄电致发光(EL)照明和显示材料。西北工业大学黄维院士、福州大学李福山、福建师范大学Liu Yang对用于多功能和智能应用的柔性量子点发光器件进行了综述研究。
灵活的QLED通过充当可穿戴集成系统中的输入/输出端口,使其在物联网和AI时代具有无限的可能。而在开发具有高性能、优异灵活性/甚至可拉伸性以及新兴应用的灵活QLED方面仍存在挑战。作者回顾了QLED的最新发展,包括量子点材料、工作机制、柔性/可拉伸策略和图案化策略,并重点介绍了其新兴的多功能集成和智能应用,包括可穿戴光学医疗设施、压力传感EL设备和神经智能EL设备。
Cd 合金化是抑制 Cu-Zn 反位缺陷和相关缺陷簇的有效策略,可提高纯硫化锌黄锡矿 Cu2ZnSnS4 (CZTS) 薄膜太阳能电池的器件性能。然而,仅通过掺杂而不进行进一步的后热处理,镉合金化的潜力尚未完全发挥。
南京邮电大学辛颢,黄维院士等人通过二甲基亚砜(DMSO)溶液报道了镉合金化 CZTS(Cu2(Zn,Cd)SnS4,CZCTS),并研究了合金浓度怎么样影响 CZCTS 吸收剂的反应路径、晶粒生长和电子性能。
这项研究之后发现Cd能够最终靠直接相变晶粒生长结合到CZTS中,从而充分抑制能带拖尾。高品质的 CZCTS 吸收膜和高效太阳能电池是在各种合金浓度范围内制造的。冠军 CZCTS 器件在 Cd 浓度为 35% 且无需任何后热处理的情况下实现了 12.3% 的功率转换效率,与 CZTS 的 7.0% 相比提高了 70% 以上。
在各种荧光体中,金属卤化物钙钛矿纳米晶体(PNCs)因其尺寸/成分相关的光谱可调性、高亮度(光致发光量子产率(PLQYs)可达100%)以及易于溶液加工等独特特性已经证明是一个理想的选择。然而,由于钙钛矿其离子性质不同相PNCs的混合轻易造成结构崩溃,直接限制了它们的应用。因此,迫切地需要开发光学上合适且坚固的钙钛矿纳米晶体,并将其用于先进设备的制造。
有鉴于此,中国科学院院士黄维、南京工业大学秦天石教授课题组报道了一类作为硬壳封装金属卤化物钙钛矿纳米晶体(PNCs)的树枝状铵配体,以提高它们的稳定性并抑制混合胶体钙钛矿纳米晶溶液中的离子渗透。合成后的配体封装PNCs显著实现了接近一致的光致发光量子产率(PLQYs),并在强烈的阴离子源攻击下强烈离子交换反应。稳定的混合彩色PNCs被嵌入层压玻璃中,制备了自供电的白光玻璃,同时作为荧光太阳能聚光器(LSCs)的吸收发射体和白光玻璃的发射体。
迄今为止,研究人员在用短链配体合成蓝钙钛矿量子点(PQDs)方面面临着巨大的挑战,因为短链配体在合成过程中增加了极性,降低了在普通非极性溶剂中的溶解度。使用极性溶剂代替非极性溶剂能解决溶液问题,但极性溶剂会分解PQDs。因此,成功合成短链配体PQDs的关键是找到既能很好地溶解短链配体又不会同时破坏钙钛矿的极性溶剂。
南京邮电大学陈淑芬教授&黄维院士等人提出了一种以环保的乙酸乙酯极性溶剂为溶剂,室温合成具有短链配体的深蓝色CsPbBr3 PQDs的方法。合成的CsPbBr3 PQDs平均尺寸为3.87 nm,峰值波长为454nm,光致发光量子产率为48.4%。通过对空穴输运层进行层间修饰,深蓝钙钛矿发光二极管在最大亮度为72 cd m−2时,最大外量子效率为4.39%,半衰期为4.5 min。
由于其低成本和简化的生产的基本工艺,无电子传输层(ETL)钙钛矿太阳能电池(PSC)引起了极大的关注。然而,由于钙钛矿/阳极界面处载流子的严重复合,使其与传统n-i-p结构电池相比,无ETL PSC的性能仍然较低。
西北工业大学黄维院士、Song Lin、福建师范大学Li Deli等人报道了稳定的无电子传输层钙钛矿太阳能电池。作者报道了一种通过在FTO和钙钛矿之间原位形成低维钙钛矿层来制造稳定的无ETL FAPbI3 PSC的策略。该中间层使钙钛矿膜中的能带弯曲和缺陷密度降低,以及阳极和钙钛矿之间的间接接触和改善的能级对准,从而有利于电荷载流子传输和收集,并抑制电荷载流子复合。获得的无ETL FAPbI3 PSC在环境条件下的光电转换效率(PCE)超过了22%。此外,模拟根据结果得出,能带弯曲和降低缺陷密度对于高性能无ETL PSC至关重要。该工作中简单的制备程序为实现钙钛矿太阳能电池的低成本和高效率生产提供了新的策略。
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