中国粉体网讯 总是能看到钙钛矿的新进展见诸于NS。今天小编就按照时间倒序梳理一年来发表于nature/scicence的钙钛矿论文。
1.Nature：亚微米级结构的钙钛矿发光二极管
南京工业大学黄维院士（目前单位西北工工业大学）和王建浦教授（共同通讯作者）团队的带领下，与浙江大学、南京邮电大学和西北工业大学合作，展示了溶液加工的钙钛矿的高效和高亮度电致发光，自发形成亚微米级结构，它能有效地从器件中提取光，并保持与波长和视角无关的电致发光。这些钙钛矿是通过在钙钛矿前驱体溶液中加入氨基酸添加剂而形成的。此外，添加剂可有效钝化钙钛矿表面缺陷并减少非辐射复合。钙钛矿LED具有20.7％的峰值外量子效率（电流密度为18mA/cm2），能量转换效率为12％（在10mA/cm2的高电流密度下），接近性能最佳的有机LED的价值。相关成果以题为“Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures”发表在了Nature上。
文献链接：Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures（Nature,2018,DOI：10.1038/s41586-018-0576-2）
2.Nature：外量子效率超过20%的钙钛矿发光二极管
华侨大学魏展画教授联合新加坡南洋理工大学熊启华教授和加拿大多伦多大学Edward H. Sargent教授在钙钛矿发光二极管的研究中取得重大突破。研究人员利用钙钛矿的组分分布调控策略得到平整致密且光电性能优异的钙钛矿薄膜，并通过加入阻挡层改善电子空穴的注入平衡，得到的钙钛矿发光二极管的外量子效率（EQE）超过20%，刷新了钙钛矿发光二极管的世界最高纪录，同时，稳定性也得到极大地提升，远超国际同行。相关研究成果以题为"Perovskite Light-Emitting Diodes with External Quantum Efficiency Exceeding 20%"发表在国际顶级学术期刊Nature（Dol ：10.1038/s41586-018-0575-3）上。
文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-018-0575-3
3.Science：叠层电池的能量转化效率可以达到22.43%
加州大学洛杉矶分校的杨阳教授和Qifeng Han（共同通讯作者）等人通过改进叠层器件中的输运顶电极（transport top eletrode）、ICL以及空穴传输层（HTL）等结构，在无需调整CIGS器件结构的情况下成功地对叠层太阳能电池进行了性能优化。在这一电池中，研究人员对CIGS表面进行了纳米尺度的界面构建设计，并利用高度掺杂的PTAA作为子电池之间空穴传输层，以此来保留开路电压和增强填充因子以及短路电流。再将半透明且带隙宽度为1.59eV的钙钛矿和带隙宽度为1.00eV的CIGS分别作为子电池，这一结构改进的叠层电池的能量转化效率可以达到22.43%，并且工作500小时后的效率还能保持在初始效率88%左右。2018年8月24日，相关成果以题为“High-performance perovskite/Cu(In,Ga)Se2 monolithic tandem solar cells”的文章在线发表在Science上。
文献链接：High-performance perovskite/Cu(In,Ga)Se2 monolithic tandem solar cells（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aat5055）
4.science：无金属ABX3型3D钙钛矿铁电体
东南大学游雨蒙教授和熊仁根教授（共同通讯作者）的带领下，与南昌大学和南京航空航天大学合作，使用分子设计策略并精心选择有机阳离子来开发一系列无金属ABX3型3D钙钛矿铁电体，其通式为A(NH4)X3（其中A是二价有机阳离子，X是Cl，Br或I）。团队合成了该系列的23个不同样品，具有一系列不同的结构和相变温度。在第一个A(NH4)X3钙钛矿中，MDABCO-NH4I3（MDABCO是N-甲基-N'-二氮杂双环[2.2.2]辛铵）具有448 K的高相变温度（T0）和22μC/cm2的大Ps，与BTO性能相当。此外，使用压电响应力显微镜（PFM），发现了具有八个偏振方向的各种铁电畴的共存，并且证明了通过施加电场可以灵活地旋转偏振方向。团队的策略证明了高性能无金属铁电钙钛矿的可行性。在没有金属元素的情况下，预期这些有机物与其无机和有机-无机对应物相当，通过高柔韧性，可调节的结构-性质关系，可能的溶液和真空工艺以及有机材料的生物相容性而得到增强。这些属性使其在柔性设备，软机器人，生物医学设备和其他应用中具有吸引力。相关成果以题为“Metal-free three-dimensional perovskite ferroelectrics”发表在了Science上。
文献链接：Metal-free three-dimensional perovskite ferroelectrics（Science, 2018, DOI：10.1126/science.aas9330）
5.Science：不一样的二次生长（SSG）技术
英国萨里大学张伟博士，牛津大学Henry Snaith教授和北京大学朱瑞研究员（共同通讯作者）的带领下，与北京量子物质科学协同创新中心，英国卡文迪什实验室和山西大学合作，报告了通过使用溶液处理的二次生长（SSG）技术，在膜的顶部表面附近提供更宽的带隙区域，并形成更多的n型钙钛矿膜，从而导致Voc大幅增加。SSG技术包括两个步骤：（i）通过溶液处理制备钙钛矿薄膜;（ii）在溴化胍的协助下进行二次生长。团队使用非化学计量的配方 (FA0.95PbI2.95)0.85(MAPbBr3)0.15制备混合阳离子铅混合卤化物钙钛矿层，其中，MA和FA分别表示甲基铵和甲脒。这种方法产生了更宽的带隙顶层和更多的n型钙钛矿薄膜，从而减少非辐射复合，导致Voc增加高达100毫伏。团队在不牺牲光电流的情况下实现了1.21V的高Voc，对应于1.62伏特带隙下0.41V的电压不足。这一改善使得最大功率点的输出功率稳定在接近21％。相关成果以题为“Enhanced photovoltage for inverted planar heterojunction perovskite solar cells”发表在了Science上。
文献链接：Enhanced photovoltage for inverted planar heterojunction perovskite solar cells（Science, 2018, DOI：10.1126/science.aap9282）
6.Nature：钾钝化对卤化物钙钛矿发光的最大化和稳定化
近日，在英国剑桥大学Samuel D. Stranks教授（通讯作者）课题组的带领下，瑞典乌普萨拉大学、荷兰代尔夫特理工大学和英国谢菲尔德大学合作，制造了一系列玻璃钝化三重阳离子钙钛矿薄膜（(Cs0.06FA0.79MA0.15)Pb(I0.85Br0.15)3，其中MA =甲基铵，CH3NH3++FA =甲脒，CH3(NH2)2+），用碘化钾溶液稀释前体溶液。我们将钙钛矿表示为(Cs,FA,MA)Pb(I0.85Br0.15)3，钝化样品为x= [K]/([A]+ [K])，其中A =(Cs，FA，MA )；x代表前体溶液中全部单价阳离子中钾离子的分数。团队注意到标准三重阳离子前体溶液配方（x = 0）具有轻微的卤化物缺陷；然而，碘化钾的引入导致样品中卤化物稍微过量，同时I/Br比例发生非常小的变化。这些薄膜具有均匀填充的晶粒，每个晶粒尺寸大约为200-400nm。吸收和光致发光测量表明，随着添加碘化钾的增加，钙钛矿膜的光学带隙减小，这与添加剂与溴化物的选择性相互作用一致。相关成果以题为“Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation”发表在了Nature上。
文献链接：Maximizing and stabilizing luminescence from halide perovskites with potassium passivation(Nature,2018,DOI:10.1038/nature25989）
7.science：钙钛矿表面KTaO3（001）的极性补偿机制
北京时间，2018年2月2日Science在线发表了维也纳工业大学Martin Setvin（通讯作者）团队题为“These ranged from surface distortions to the formation of oxygen vacancies to the development of KO and TaO2 stripes”的新发现，团队利用扫描探针显微镜和密度泛函理论研究了钙钛矿钽酸钾（KTaO3）（001）表面随着自由度增加的补偿机制。在真空中被切割的表面被固定在适当的位置，但是其能立即响应绝缘体到金属的转变以及可能的铁电晶格失真。在真空中退火形成分离的氧空位，随后将顶层完全重排成有序的KO和TaO2条纹图案。最终通过形成具有理想几何形状和电荷的羟基化覆盖层继而置于水蒸气后发现最佳解决方案。
文献链接：Polarity compensation mechanisms on the perovskite surface KTaO3(001) （Science,2018,DOI:10.1126/science.aar2287）
8.Science:一种新型界面结构降低钙钛矿太阳能电池的效率-稳定性-成本的差距
北京时间2017年12月1日，Science在线发表了埃尔朗根-纽伦堡大学Yi Hou、Christoph J. Brabec（共同通讯）等人题为“A generic interface to reduce the efficiency-stability-cost gap of perovskite solar cells”的文章。该团队指出基于混合有机卤化物铅钙钛矿的薄膜太阳能电池进一步商业化的主要瓶颈是器件中的界面损失。经过研究提出了一种通用的界面结构，该界面由可溶液加工的，高度可靠性的和具有成本效益的空穴传输材料组成，使用这种界面结构不会影响钙钛矿太阳能电池的效率，稳定性或可扩展性。钽掺杂的氧化钨（Ta-WOx）/共轭聚合物多层膜提供小界面阻挡层，并且与各种可缩放的共轭聚合物一起形成准欧姆接触。在具有常规平面结构和自组装单层的简单器件中，Ta-WOx掺杂的钙钛矿太阳能电池实现的最大效率为21.2％，并具有超过1000小时的光稳定性。通过消除额外的离子掺杂剂改善界面结构大大提高了电池的综合性能，这些发现将对其他有机物作为用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料的研究提供重要的参考依据。
文献链接：A generic interface to reduce the efficiency-stability-cost gap of perovskite solar cells（Science,2017,DOI:10.1126/science.aao5561）
9.Nature：如鲨鱼般灵敏感知的钙钛矿材料
最近，由普渡大学（Purdue University）Shriram Ramanathan 教授课题组联合阿贡国家实验室 (Argonne National Laboratory)、罗格斯大学（Rutgers University）等研究团队首次发现，钙钛矿型稀土金属镍酸盐材料在模拟海水的环境中具有独特的与鲨鱼相似的灵敏弱电感知能力，该研究成果于12月18日线上发表于Nature。该研究首次发现，具有强关联性质的稀土金属镍酸盐与鲨鱼的电感知器官具有相似的感知弱电场能力。在模拟海洋的水溶液环境中，当有电场信号出现，稀土金属镍酸盐的电导及光学性质会同时发生巨大的响应。这印证了其具有电感应能力！
文献链接：Perovskite nickelates as electric-field sensors in salt water（Nature,2017,DOI:10.1038/nature25008）
10.Nature：钙钛矿实现低剂量X射线成像
2017年10月5日，Nature在线发表了三星尖端技术研究所In Taek Han和韩国成均馆大学Nam-Gyu Park（共同通讯）等人题为“Printable organometallic perovskite enables large-area, low-dose X-ray imaging”的文章，该团队报道了全溶液处理（与传统真空处理相反）的合成路线，以生产可印刷式的多晶钙钛矿，其具有与单晶相似的形貌和光电性质。在100千伏的辐射源照射下实现11μC mGyair−1 cm−2的高灵敏度，其比目前使用的非晶硒或铊掺杂的碘化铯检测器所达到的灵敏度至少高一个数量级。在传统的薄膜晶体管衬底中，通过嵌入830微米厚的钙钛矿膜和另外两个聚合物/钙钛矿复合材料的中间层实现了X射线成像，复合材料在钙钛矿膜和控制暗电流及电荷载流子传输的电极之间提供保形接口。这种基于全溶液的钙钛矿检测器可以实现低剂量X射线成像，并且还可以用于光电导装置实现放射成像，感测和能量收集。同期，多伦多大学John A. Rowlands发表了题为“Medical imaging: Material change for X-ray detectors”的评论。
文献链接：Printable organometallic perovskite enables large-area, low-dose X-ray imaging（Nature,2017,DOI:10.1038/nature24032）
（中国粉体网编辑整理/青禾）
