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]。
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。
摘要:光伏细胞的演变与制造材料的进步本质上有关。本综述论文对基于硅,有机和钙钛矿太阳能电池的最新发展进行了深入的分析,这些发展是光伏研究的最前沿。我们仔细检查了每个材料类别的独特特征,优势和局限性,强调了它们对效率,稳定性和商业生存能力的贡献。基于硅细胞的持久相关性和晶体结构的最新创新。 有机光伏细胞的柔韧性和低成本产生的潜力进行了检查,而Perovskites的效率显着增长和易于制造。 本文还解决了物质稳定性,可扩展性和环境影响的挑战,从而对这些物质技术的当前状态和未来潜力提供了平衡的观点。基于硅细胞的持久相关性和晶体结构的最新创新。有机光伏细胞的柔韧性和低成本产生的潜力进行了检查,而Perovskites的效率显着增长和易于制造。本文还解决了物质稳定性,可扩展性和环境影响的挑战,从而对这些物质技术的当前状态和未来潜力提供了平衡的观点。
图 1. (a) 基于混合阳离子 2D-PPA 的钙钛矿结构图。2D 或准 2D 结构可能在晶粒边界处形成。此处显示 n = 2 准 2D 结构以供说明。使用单阳离子 PEA + 和混合阳离子 F5PEA + –PEA + 2D-PPA 的器件特性比较:(b) 具有正向和反向电压扫描方向的光电流密度-电压曲线;(c) EQE 曲线;(d) 稳定的功率输出;(e) 室温下相对湿度为 45%–60% 时未封装器件的储存稳定性(ISOS-D-1 稳定性)。
被绘制为灰色水平条。BA 2 FAPB 2 I 7和PA 2 FAPB 2 I 7显示A D(011)与FAPBI 3的D(001)几乎相同,如插图所示。b)FAPBI 3(左)和BA 2 FAPB 2 I 7(右)的单位单元格的图。为每个结构绘制(001)和(011)平面。PB-i-Pb距离对应于FAPBI 3的(001)间间距(001)和BA 2 FAPB 2 I 7的(011)间距(011)。c)模板FAPBI 3掉落涂层实验的示意图。第一个FAPBI 3前体溶液被滴入玻璃基板上,并允许在BA 2 FAPB 2 I 7的晶体上流动。加热时,BA 2 FAPB 2 I 7上的δ-FAPBI 3在裸露基板顶部的δ-FAPBI 3之前转换为α-FAPBI 3。在环境空气中留下,裸底物的顶部的α-fapbi 3在BA 2 FAPB 2 I 7上的α-FAPBI 3之前转换为δ-FAPBI 3。d)(c)中实验的相应照片,显示了底物的三个不同区域。I:BA 2 FAPB 2 I 7没有FAPBI 3解决方案,II:BA 2 FAPB 2 I 7在FAPBI 3解决方案下方,III:III:FAPBI 3溶液在裸玻璃上。e)PL,(f)XRD,表明当BA 2 FAPB 2 I 7上方沉积时,α-FAPBI 3被稳定。
金属卤化物钙钛矿发光二极管 (PeLED) 具有宽色域、高发光效率和低成本合成等特点,是下一代显示应用的有前途的光子源。自 2014 年首次展示室温发射的 PeLED 以来,其性能在几年内迅速提高,引起了学术界和工业界的广泛关注。在这篇综述中,我们讨论了 PeLED 在商业显示应用中的主要技术瓶颈,包括大面积 PeLED 制备、图案化策略和柔性 PeLED 设备。我们回顾了实现这些目标的技术方法,并强调了当前的挑战,同时对这些钙钛矿材料和 PeLED 设备进行了展望,以满足下一代高色纯度全彩显示器市场的需求。
引导能量流和纳米晶体发色团混合组件中产生的激发态的性质对于实现它们的光催化和光电应用至关重要。通过结合稳态和时间分辨的吸收和光致发光 (PL) 实验,我们探测了 CsPbBr 3 -罗丹明 B (RhB) 混合组件中的激发态相互作用。PL 研究表明,CsPbBr 3 发射猝灭,同时 RhB 荧光增强,表明存在单线态能量转移机制。瞬态吸收光谱表明这种能量转移发生在 ~ 200 ps 的时间尺度上。为了了解能量转移是通过 Förster 还是 Dexter 机制发生的,我们利用简便的卤化物交换反应通过与氯化物合金化来调整供体 CsPbBr 3 的光学特性。这样,我们便可以调节供体 CsPb(Br 1-x Cl x ) 3 发射和受体 RhB 吸收之间的光谱重叠。对于 CsPbBr 3 - RhB,能量转移速率常数 (k ET ) 与 Förster 理论非常吻合,而与氯化物合金化以产生富含氯化物的 CsPb(Br 1-x Cl x ) 3 则更利于 Dexter 机制。这些结果凸显了优化供体和受体特性对于设计采用能量转移的光收集组件的重要性。通过纳米晶体供体的卤化物交换可以轻松调节光学特性,这为研究和定制钙钛矿发色团组件中的激发态相互作用提供了独特的平台。
[[A] G. T. Kent博士,E。Morgan,K。R。Albanese,A。Kallistova博士,A。Brumberg博士,L。Kautzsch博士,R。Seshadri教授,A。K。K. Cheetham材料系和材料研究所研究实验室研究实验室研究实验室,加利福尼亚州Santa Barbara,CA 93106(USA)(USA)(USA)(美国): akc30@cam.ac.uk [B] G. Wu博士,K。R。Albanese化学与生物化学系加利福尼亚州圣塔芭芭拉大学,加利福尼亚州圣塔芭芭拉,加利福尼亚州93106(美国)[C] Cheetham材料科学与工程系新加坡国立大学117576新加坡(新加坡)支持本文的信息,通过文档末尾的链接给出。
