钙钛矿结构 [1] 及其几乎无限适应性的衍生物阵列,必须算作材料科学中最重要的结构之一,其基本的 ABX 3(A = 大阳离子;B = 较小的阳离子;X = 阴离子)结构原型有助于铁电、[2] 压电、[3] 超导、[4] 光化学 [5] 和许多其他重要的技术特性。近来,随着混合 [3,6–8] 或全无机卤化物钙钛矿 ABX [9,10] 结构制造技术的快速发展,人们对钙钛矿的兴趣进一步增加。其中 A 是有机或碱金属反离子,B 通常是铅或锡,X 是卤素,这使得具有光学和光伏特性的材料 [11,12] 可用于太阳能电池、[13,14] 离子导电材料、[15] 超级电容器 [16] 和其他储能设备 [17]。然而,块状卤化物钙钛矿具有反应性,容易发生表面水合 [18] 相变 [19,20] 和高缺陷密度 [21],从而降低了其性能和寿命。因此,人们开发出了降维卤化物钙钛矿,重点关注胶体、[22] 二维、[23] 量子点、[24] 以及薄膜中的分子级 [25] 制备。虽然在如此低的维度上形成钙钛矿可以增强一些理想的特性,但也会增加其降解的趋势,尽管表面钝化可以减少薄膜中的分解。[26] 尽管如此,维度在纳米尺度上仍然是设计和微调卤化物钙钛矿物理性质的关键,因为它在决定电子结构方面起着关键作用。[27]
d 中山大学化学学院生物无机与合成化学教育部重点实验室,广州 510275 基于钙钛矿纳米晶体的发光二极管 (PNCs-LED) 引起了下一代显示和照明技术的极大兴趣,因为它们的色纯度、高亮度和发光效率接近从器件结构中提取电致发光的固有极限。虽然现在是开发有效的光耦合策略以进一步提高器件性能的时候了,但 PNC-LED 的这一技术相关方面仍然没有明确的解决方案。在这里,遵循理论指导并且没有集成复杂的光子结构,我们实现了稳定的 PNC-LED,其 EQE 高达 29.2%(平均 EQE =24.7%),这大大突破了普通 PNC-LED 的耦合限制,并系统地超越了以前任何基于钙钛矿的器件。这种前所未有的性能的关键是引导薄至 10 nm 的 PNC 发射层中的复合区,我们通过使用用镍氧化物层重新表面化的 CsPbBr 3 PNC 精细平衡电子和空穴传输来实现这一点。超薄方法具有普遍性,原则上也适用于其他钙钛矿纳米结构,用于制造高效、颜色可调的透明 LED,非常适合不显眼的屏幕和显示器,并与光子元件的集成兼容,以进一步提高性能。关键词:卤化铅钙钛矿纳米晶体、发光二极管、外部量子效率、光耦合、透明 LED 近几年来,铅因其优越的光学性能和经济实惠的溶液加工性而备受推崇
摘要 卤化物钙钛矿太阳能电池 (PSC) 已成为下一代光伏技术中最有前途的技术之一,为提高效率、降低成本和快速扩展提供了途径。它们的独特属性——包括高吸收系数、可调带隙、缺陷容忍度和低温可加工性——使开发能够超越传统硅基技术的多功能太阳能设备成为可能。最近的突破推动钙钛矿太阳能电池的能量转换效率 (PCE) 在单结电池中超过 27%,在串联配置中超过 34%。然而,仍然存在重大挑战,特别是在长期稳定性、与铅含量有关的环境问题以及商业部署的可扩展性方面。这篇评论文章讨论了卤化物钙钛矿研究的现状,重点介绍了材料设计、设备架构和制造工艺方面的进步,这些进步推动 PSC 走在可再生能源技术的前沿。我们探索了钙钛矿光伏的潜在应用,从串联太阳能电池到柔性、建筑集成和便携式设备,以及它们在克服硅光伏局限性方面的作用。尽管钙钛矿太阳能电池前景光明,但在实现广泛商业化之前,它必须解决持续存在的挑战,例如现实条件下的稳定性和铅毒性。通过研究最近的进展和确定未来的研究方向,这篇评论文章全面展望了卤化物钙钛矿太阳能电池在塑造全球能源系统未来方面的作用。
ext。0.669 0.945 0.669 T = 0.80(EV)期望。[REF] [REF] 0.668 0.945 0.669 N/A PBE 0.670 EG = 1.23(EV)
gao,Y.,Meshkat,S.,Johnston,A.,Zheng,C.,Walters,G.,Feng,Q.,Wang,X.使用无金属钙钛矿的电声调制。ACS应用材料和界面,13(16),19042– 19047年。https://doi.org/10.1021/acsami.1C03406版权所有/许可©美国化学学会
注意:本稿件由 UT-Battelle, LLC 撰写,合同编号为 DE-AC0500OR22725,与美国能源部签订。出版商接受发表本文,即承认美国政府保留非独占、已付费、不可撤销的全球许可,可出于美国政府目的出版或复制本稿件的已出版形式,或允许他人这样做。能源部将根据 DOE 公共访问计划 (http://energy.gov/downloads/doe-public-access-plan) 向公众提供这些联邦资助研究的成果。
钙钛矿中的硫族化物和相关的 Ruddlesden-Popper 结构类型(本文简称为“硫族化物钙钛矿”)作为一类具有出色光电特性的新兴半导体,正受到越来越多的关注 [1–8]。硫族化物钙钛矿的带隙(𝐸 𝑔)可在蓝绿色(𝐸 𝑔 ≈2.5 eV)至红外 (IR) 范围内调节,具有很强的光吸收和发光性,多个研究小组的结果表明其固有的非辐射电子-空穴复合速度很慢 [4,6–10]。硫族化物钙钛矿由廉价无毒的元素组成,热稳定性极高,这对未来大规模制造和部署(例如薄膜太阳能电池)大有裨益 [11,12]。我们已经发现硫族化物钙钛矿是一种具有极强介电响应的半导体,在已知的可见光和近红外 (VIS-NIR) 带隙半导体中,只有铅卤化物钙钛矿可与它媲美 [13,14]。在最近的工作中,我们通过脉冲激光沉积 (PLD) 和分子束外延 (MBE) 首次合成了大面积、原子级光滑的 BaZrS 3 外延薄膜 [15,16]。
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