太阳能电池，发光二极管，光电探测器…Edward Sargent，黄劲松，吕正红，朱凯，廖良生…带你看看无所不能的钙钛矿

1.多伦多大学Edward Sargent&华中滚球体育 大学唐江Nature Photonics：基于层状钙钛矿中量子点的高效近红外发光二极管

基于激子材料的发光二极管（LED），其中紧密结合的光激发电子-空穴对迁移在一起而不是作为单独的电荷载体，为开发溶液处理的高性能发光体提供了一条诱人的途径。多伦多大学Edward Sargent和华中滚球体育 大学唐江通过将量子点（QD）合并到低维钙钛矿基质中，展示了明亮且高效的激子红外LED。作者对QD的表面进行设计以触发快速的钙钛矿成核，以实现QD均匀地掺入基质中，这已通过原位掠入射广角X射线光谱法进行了验证。作者调整钙钛矿的分布，以驱动平衡的超快激子能量转移到量子点。所得的LED在短波长红外区域（这是成像和传感应用的重要机制）中工作，并在980 nm处以高达7.4 W/Sr/m²的辐射率显示8.1％的高外部量子效率。

文献链接：

Efficient near-infrared light-emitting diodes based on quantum dots in layered perovskite

Nature Photonics, 2020,10.1038/s41566-019-0577-1

2.北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松Nature Photonics: 钙钛矿填充膜用于柔性和大面积直接转换X射线探测器阵列

金属卤化物钙钛矿的柔软特性使其有可能用作柔性X射线探测器。北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松报告了钙钛矿填充膜（PFM）的结构，用于高度灵敏、灵活和大面积的X射线探测器。作者通过将饱和钙钛矿溶液渗透通过多孔聚合物膜，然后进行热层压，可形成面积高达400 cm²的PFM。钙钛矿晶体在膜中的良好连通性和结晶性使产品具有较大的移动性和使用寿命。X射线探测器在0.05 V/μm场下的灵敏度达到8696±228μC/Gy_air/cm²，并且在储存六个月以上并暴露于376.8 Gyair的剂量后，没有显示出降解，相当于1.88万次胸部X线扫描。柔性PFM可以弯曲至2 mm的半径。独立检测器阵列是弯曲的，并放置在金属管内，用于检测材料缺陷，其成像质量优于平板检测器。

文献链接：

Perovskite-filled membranes for flexible and large-area direct-conversion X-ray detector arrays

Nature Photonics, 2020,10.1038/s41566-020-0678-x

3.北伊利诺伊大学徐涛&NREL朱凯Nature：钙钛矿型太阳能电池的器件上铅隔离

钙钛矿太阳能电池作为一种新兴的高效，低成本的光伏技术，在走向商业化的过程中面临障碍。在设备稳定性方面已进行了实质性的改进，但铅毒性和从设备中浸出的潜在问题仍未得到充分研究。在建筑集成光伏电池中使用钙钛矿太阳能电池时，潜在的铅泄漏风险被视为对环境和公共健康的危害。北伊利诺伊大学徐涛和NREL朱凯提出一种化学方法来隔离由于严重损坏设备而导致的超过96％的铅泄漏的设备上隔离。铅吸收材料的涂层被应用到设备堆栈的正面和背面。在前透明导电电极的玻璃侧，作者使用了透明的吸收铅的分子膜，该膜包含与磷牢固结合的膦酸基团。在背面（金属）电极侧，作者将与铅螯合剂共混的聚合物薄片放在金属电极和标准光伏填料薄片之间。遇水浸泡时，两侧的吸铅膜会膨胀以吸收铅，而不是溶解，从而保持结构完整性，以便在损坏后容易收集铅。

文献链接：

On-device lead sequestration for perovskite solar cells

Nature, 2020,10.1038/s41586-020-2001-x

4.牛津大学Henry Snaith&Yen-Hung Lin：哌啶盐可稳定高效的金属卤化物钙钛矿太阳能电池

对于混合钙钛矿光伏电池，寿命一直是长期关注的问题。通过将哌啶基离子化合物掺入FA-铯三卤化铅钙钛矿吸收剂中，牛津大学的Henry Snaith和Yen-Hung Lin展示了稳定高效的钙钛矿太阳能电池。带隙调整为非常适合硅钙钛矿串联电池，这种哌啶添加剂可提高开路电压和电池效率。在积极老化期间，该添加剂还阻碍了成分偏析到杂质相和钙钛矿吸收层中的针孔形成。在环境大气中的全光谱模拟阳光下，未封装和封装的电池在60℃和85℃时分别保持其峰值效率和预烧效率的10％和1200小时分别为80％和95％。这个分析揭示了导致衰老电池衰竭的详细降解途径。

文献链接：

A piperidinium salt stabilizes efficient metal-halide perovskite solar cells

Science, 2020,10.1126/science.aba1628

5.吉林大学孙洪波、沈亮和夏虹Adv. Mater.:性能稳定超过1年的钙钛矿单晶微线阵列光电探测器

与薄膜形态相比，一维钙钛矿结构（例如具有较少晶界和较低缺陷密度的微/纳米线）非常适合于具有更高稳定性的高性能光电探测器。尽管与基于薄膜形态的光电探测器相比，基于钙钛矿微线的光电探测器的稳定性已大大提高，但实际应用需要在实现之前进一步提高稳定性。在这项研究中，吉林大学孙洪波、沈亮和夏虹开发了一种模板辅助方法来制备甲基铵溴化铅（MAPbBr₃）微纳米线结构，该结构被保护性疏水分子层原位包裹。保护层，高结晶质量和高度有序的微结构的结合显着提高了MAPbBr₃单晶微线阵列的稳定性。因此，这些基于MAPbBr₃单晶微线阵列的光电探测器表现出显着的长期稳定性，无需进一步封装即可在1年后保持96％的初始光电流。因此，这种光电探测器的寿命比以前最稳定的钙钛矿微/纳米线基光电探测器的寿命大约长四倍；据认为，这是迄今为止报道的最稳定的钙钛矿光电探测器。此外，这项工作应进一步有助于实现具有长期稳定性的钙钛矿一维结构。

文献链接：

Perovskite Single-Crystal Microwire-Array Photodetectors with Performance Stability beyond 1 Year

Adv. Mater., 2020,10.1002/adma.202001998

6.清华大学任天令和梁仁荣：通过直接将钙钛矿集成到硅片上的超快光电探测器

单晶钙钛矿由于其高量子效率和长扩散长度，目前是一种很有前途的材料。但是，所报道的钙钛矿光电探测范围（<800 nm）和响应时间（> 10μs）仍然有限。为了促进钙钛矿集成光电器件的发展，清华大学任天令和梁仁荣通过将SC CH₃NH₃PbBr₃（MAPbBr₃）钙钛矿集成在硅（Si）上，展示了更大的光电检测范围和更短的响应时间。具有改进的界面的Si/MAPbBr₃异质结光电探测器具有高速，宽光谱和长期稳定性能。据我们所知，测得的可检测光谱（405-1064 nm）在很大程度上扩展了以前基于钙钛矿的光电探测器所报告的最宽响应范围。此外，上升时间高达520 ns，可与商用锗光电探测器相媲美。此外，Si/MAPbBr₃器件可以保持出色的光电流性能长达3个月。此外，典型的灰度面部成像是通过扫描Si/MAPbBr₃单像素光电探测器实现的。通过将钙钛矿直接集成到Si上使用超快速光电探测器进行的这项工作可以促进下一代集成光电技术的发展。

文献链接：

Ultrafast Photodetector by Integrating Perovskite Directly on Silicon Wafer

ACS Nano, 2020,10.1021/acsnano.9b06345

7.陕西师范大学刘生忠：用于高性能X射线检测的优质无铅钙钛矿Cs₃Bi₂I₉单晶的成核控制生长

有机-无机杂化卤化钙钛矿已经成为一系列用于太阳能电池，激光器和探测器的星形材料。然而，由于挥发性有机组分而导致的有毒铅元素和边际稳定性所引起的问题严重限制了它们的潜在应用。陕西师范大学刘生忠开发了一种成核控制溶液方法，以生长大尺寸高质量Cs₃Bi₂I₉钙钛矿单晶（PSC）。使用该技术，作者收获了几厘米大小的单晶，并获得了很高的器件性能。作者发现，基于PSC的X射线检测器具有1652.3μC/Gyair/cm²的高灵敏度和130 nGyair/s的低可检测剂量率，这在医学诊断中都是需要的。此外，其出色的热稳定性可开发出在高达100℃的温度下具有稳定响应的高温X射线探测器。此外，PSC由于其信号漂移可忽略不计且具有极高的稳定性，因此具有很高的X射线成像能力。

文献链接：

Nucleation-controlled growth of superior lead-free perovskite Cs3Bi2I9 single-crystals for high-performance X-ray detection

Nature Communications, 2020,10.1038/s41467-020-16034-w

8.多伦多大学Edward Sargent&吕正红Nature Nanotechnology：基于严格约束的钙钛矿量子点的蓝色LED的双极壳表面修复

胶体量子点（QD）固体是新兴的半导体，已在电荷传输的基础研究及其在光电子学中的应用中得到了积极探索。形成器件制造所需的高质量QD固体，需要用短的配体替代用于合成的长有机配体，以提供增强的QD偶联和改善的电荷传输。但是，在钙钛矿型量子点中，用于进行配体交换的极性溶剂会分解高离子钙钛矿。多伦多大学Edward Sargent和吕正红报道了钙钛矿的QD重铺表面处理，以实现由内部阴离子壳和由阳离子和极性溶剂分子组成的外部壳组成的双极壳。外壳静电吸附到带负电的内壳上。与以前报道的低维钙钛矿相比，这种方法可生产出具有严格限制的钙钛矿QD固体，该固体具有改善的载流子迁移率（≥0.01cm2/ V/s）和降低的能阱密度。发射蓝光的QD薄膜的光致发光量子产率超过90％。通过利用提高的迁移率，作者已经能够制造出基于CsPbBr3 QD的高效蓝色和绿色发光二极管。能阱密度降低的蓝色器件的外部量子效率为12.3％，绿色器件的外部量子效率达到22％。

文献链接：

Bipolar-shell resurfacing for blue LEDs based on strongly confined perovskite quantum dots

Nature Nanotechnology, 2020,10.1038/s41467-020-16034-w

9.多伦多大学Edward Sargent、Oleksandr Voznyy&苏州大学廖良生Nature Communications：螯合剂辅助控制CsPbBr₃量子阱的生长可实现稳定的蓝色钙钛矿发光体

金属卤化物钙钛矿已成为溶液加工的蓝色发光二极管（LED）的有希望的候选物。但是，LED工作电压下的卤化物相偏析以及由此引起的光谱偏移会阻碍其应用。多伦多大学Edward Sargent、Oleksandr Voznyy和苏州大学廖良生报道了采用准二维溴化铯铯铅的真蓝色LED，量子阱的尺寸分布较窄，这是通过加入螯合添加剂实现的。超快速瞬态吸收光谱法测量表明，螯合剂有助于控制量子阱的厚度分布。密度泛函理论计算表明，螯合分子使量子阱表面的铅种类不稳定，进而抑制了较厚量子阱的生长。用γ-氨基丁酸处理可使电子阱钝化，并使膜能够在100℃的温度下保持24 h，而不会改变其发射光谱。掺有经γ-氨基丁酸处理的钙钛矿的LED在国际量子效率为6.3％的情况下呈现蓝色发光，其国际坐标委员会的坐标为（0.12，0.14）。

文献链接：

Chelating-agent-assisted control of CsPbBr3 quantum well growth enables stable blue perovskite emitters

Nature Communications, 2020,10.1038/s41467-020-17482-0

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