鈣鈦礦
關注創建者：獨行俠1 創建時間：2018-08-20
鈣鈦礦的實例教程
研究發現，二維Ruddlesden-Popper型鈣鈦礦的引入，可以優化鈣鈦礦的成膜過程，增大鈣鈦礦的晶粒尺寸；少量鹵素離子摻雜有助于晶體沿外平面方向生長，促進電荷沿垂直方向的傳輸；同時帶有路易斯堿功能基團的半導體有機小分子的引入，可以進一步鈍化鈣鈦礦內部缺陷，提升鈣鈦礦載流子遷移率。此外，分子鈍化后的二維/三維鈣鈦礦薄膜展現出良好的耐濕性和空氣穩定性，在40%的濕度環境下存放60天仍維持其原有效率的87%。此項研究工作創新性地實現了分子鈍化與二維/三維鈣鈦礦本體異質結的融合，為制備無Cs+/MA+摻雜的高效穩定甲脒基鈣鈦礦太陽電池提供了新的思路和方法，有望為推動鈣鈦礦太陽電池走向商業應用做出貢獻。
展開 【引言】
目前有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的能量轉換效率（PCE）已經高達23.3%，已經達到或超過產業化所需的要求。與此同時，無機銫-鹵化鉛PSC的研究也受到了廣泛的關注，目前報道的CsPbI3和CsPbI2Br 無機PSCs的PCE也分別超過了17%和16%。基于無機鈣鈦礦太陽電池進一步開發的全無機PSC由于其各功能層均具有優異的熱穩定性，有望從根本上解決傳統有機-無機雜化PSC的熱不穩定問題，從而顯示出更具競爭力的發展前景。新型全無機功能層材料及器件結構不斷被開發，器件的PCE也得到了節節攀升，小面積PSC已經能夠獲得超過13%的PCE，然而要實現這種光伏技術的工業化生產還需要進一步的提升其物相穩定性和大面積均勻性。在物相穩定性方面，無機鈣鈦礦材料從黑相（α相）到黃相（δ相）的相變被廣泛認為是無機PSC退化的主要原因。因此，需要制備α相穩定的銫-鹵化鉛鈣鈦礦薄膜，以實現全無機PSC的效率和穩定性的進一步提升。
【成果簡介】
近日，暨南大學和上海光源、華南理工大學合作，將InCl3引入無機CsPbI2Br鈣鈦礦晶格結構中發展了一種In3+和Cl-的共摻雜策略，從而成功獲得了α相純凈且穩定的鈣鈦礦薄膜，其與CsPbI2Br鈣鈦礦的共摻雜誘導的結構重建有關。研究中，所制備的全無機PSC不僅PCE有所提升，并且在空氣環境中表現出更優的濕度穩定性和熱穩定性。進一步地，通過輻射加熱方法，對于小面積（0.09 cm2）和平方厘米（1.00 cm2）的全無機InCl3:CsPbI2Br PSC，分別獲得13.74%和11.4%的最高PCE。
展開 配體工程對鈣鈦礦薄膜形貌的影響。
（a）傳統一步法制備的鈣鈦礦薄膜掃描電鏡圖；（b）配體工程制備的鈣鈦礦薄膜的掃描電鏡圖；（c）中間體MA2Pb3I8·(DMSO)2的晶體結構。
圖三. 配體工程鈍化鈣鈦礦薄膜的缺陷態。
（a）鈣鈦礦薄膜的三種典型缺陷態分布；（b）配體后處理方法；（c）配體鈍化用于制備鈣鈦礦薄膜的襯底；（d）在鈣鈦礦成膜過程中引入配體鈍化晶界缺陷態。
圖四. 配體工程用于提高鈣鈦礦電池穩定性的幾種策略：器件后處理鈍化；鈣鈦礦材料維度工程；晶體交聯；界面修飾。
【小結與展望】
本文從薄膜制備，缺陷鈍化和穩定性的角度總結了配體在鈣鈦礦光伏領域中的重要作用。
1）薄膜制備。對于配體輔助的鈣鈦礦薄膜一步沉積，配體與前體溶液中鈣鈦礦骨架中的金屬離子相互作用，形成中間相，減緩鈣鈦礦結晶速率，產生均勻成核，最終形成高品質（通過控制配體從中間體絡合物中的釋放，形成良好的形態和高度結晶的鈣鈦礦膜。對于配體輔助的鈣鈦礦薄膜的兩步沉積，配體與鹵化鉛相互作用形成加合物，這有利于通過兩個方面形成鈣鈦礦：（i）增加活性位點朝向鹵化銨的數量; （ii）改變反應途徑并降低活化能。
雖然許多小組已經研究了配體輔助鈣鈦礦形成的可能機制，但應開發一些原位表征技術（例如，紅外，拉曼，XRD）以了解配體如何控制鈣鈦礦結晶。配位絡合物的晶體結構對于揭示配體在鈣鈦礦形成中的作用也很重要。同時，應進行綜合研究，揭示不同分子結構配體的作用，并將配體分類為各種功能。建議配體的這些性質與所有科學家共享，這可能有利于未來機器學習的材料優化。
配體工程也可用于制備高質量的無鉛鈣鈦礦。
展開 【 引言】
金屬鹵化物鈣鈦礦是近幾年來發展起來的一類具有良好磁、電和光學性能的重要材料，并在太陽能電池、發光二極管（LED）、激光器、光催化等方面得到廣泛應用。尤其在太陽能電池領域，短短幾年內，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率從最初的3.8%達到23.3%，與商業化的晶硅太陽能電池相當，在2013年被Science評為“十大科學進展之一”。
與鈣鈦礦太陽能電池相比較，發光二極管的研究進展較緩慢，在過去3年中，鈣鈦礦型LED的外部量子效率（EQE）從0.0125%提高到10%以上，在近紅外和綠光區域EQE最高分可達12% 和14%，器件顏色純、亮度高、遷移率高。目前鈣鈦礦LED發展存在的挑戰主要是：需要進一步提高器件效率，以期超過有機發光二極管（OLED）和無機量子點LED（QLED）；器件穩定性問題亟待解決。
【 成果簡介】
近日，加拿大多倫多大學教授Edward H. Sargent（通訊作者）等人從金屬鹵化物鈣鈦礦的類別（雜化鈣鈦礦、低維鈣鈦礦、鈣鈦礦納米晶）、鈣鈦礦發光的光物理過程、改善鈣鈦礦發光的策略、鈣鈦礦LED面臨的挑戰四個方面綜述了當前鈣鈦礦發光領域的研究進展，建立了材料特性、光物理和光譜特性與器件性能之間的聯系，并對基于鈣鈦礦LED的制備技術進行了展望。相關成果以題為“Perovskites for Light Emission”發表在Adv. Mater. 上。
展開 鈣鈦礦膜的GIWAXS圖和表征
a, b.兩種鈣鈦礦膜（a:w/o PTQ10；b:w/PTQ10）的二維GIWAXS圖
c.兩種鈣鈦礦膜的極像圖
d.表面涂覆PTQ10的鈣鈦礦膜的晶體的取向
圖3. 光伏性能和光致發光性能
a.鈣鈦礦和界面層的能級
b.鈣鈦礦太陽能電池在AM1.5G的光照下的電流密度-電壓曲線
c.含有PTQ10的鈣鈦礦太陽能電池的外量子效率光譜圖
d.穩態能量裝換效率
e,f.兩種鈣鈦礦膜的穩態光致發光光譜圖（e）和時間分辨光致發光光譜圖（f）
圖4. 瞬態光電壓和瞬態光電流
a.三種鈣鈦礦太陽能電池的瞬態光電壓
b.三種鈣鈦礦太陽能電池的瞬態光電流
圖5. 鈣鈦礦太陽能電池的穩定性和EDX譜圖
a.室溫、相對濕度為40%、無封裝的條件下的環境穩定性
b.在85°C的氮氣箱中的熱穩定性
c.老化后的基準器件的Ag、I、Pb三種元素的EDX線掃描
d.老化后的含有PTQ10的鈣鈦礦太陽能電池的Ag、I、Pb三種元素的EDX線掃描
【小結】
作者在平面n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池中引入了PTQ10作為雙功能界面層。它具有深能級，和基于FA的鈣鈦礦的價帶形成良好的能級匹配，促進空穴的提取。保護陽離子的相轉化技術也阻止鈣鈦礦表面的陽離子在退火過程中逃逸，確保鈣鈦礦的化學當量平衡。鈣鈦礦晶體有最佳的取向，導致鈣鈦礦太陽能電池的最佳能量轉換效率為21.2%。同時，它的熱穩定性非常出色。
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太陽能電池的種類繁多，從傳統硅太陽能電池到石墨烯增強太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池、有機太陽能電池，柔性透明太陽能電池以及染料敏化太陽能電池（DSSC），不一而足。太陽能電池還使用單個或多個P-N結，并可作為單面板或雙面模塊進行商業化。
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光電器件種類繁多，其性能優勢通常需要結合具體器件及應用系統來評估。
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此外，鈣鈦礦材料還擁有長載流子擴散長度、低激子束縛能以及與低溫制備工藝的良好兼容性，這些特性使其在太陽能電池、激光器和傳感器等領域均展現出卓越性能。
在發光二極管應用中，鈣鈦礦材料與傳統有機發光材料（OLED）相比具有顯著優勢。由于鈣鈦礦材料中載流子相互作用的激子性質較弱，無需應對OLED中占比75%的三重態激子非輻射復合問題，這為提高器件效率奠定了材料基礎。
服務對象
本案例適用于：
? 催化材料（單原子催化劑、合金/氧化物復合體系）
? 能源存儲（鋰離子電池電極/電解質界面、鋰硫電池多硫化物錨定）
? 低維材料（二維異質結、拓撲絕緣體表面態）
? 光電轉化（鈣鈦礦/有機半導體界面載流子動力學）
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當使用不同鹵素混合而成的混合鹵素深藍光鈣鈦礦的色彩變化機制和使用抑制其的針對性物質策略時的差異（來源：KAIST）
KAIST電氣與電子工程部李政龍教授研究團隊7月10日宣布稱，他們已開發出一種革命性的技術，從根本上解決了深藍光鈣鈦礦LED在驅動電壓變化下出現的顏色偏移及低照度難題。
該團隊針對高色純度鈣鈦礦LED中深藍色區域長期存在的頑疾，提出了創新的解決方案。
量子點和鈣鈦礦發光材料
眾所周知，量子點是由一些半導體材料制成的，尺寸只有幾納米。它們具有發出特定顏色甚至單個光子的能力，這對當前炙手可熱的量子技術發展至關重要。近年來，由鈣鈦礦發光材料制成的量子點，因其獨特的光學性質和成本效益而受到關注。鈣鈦礦是一種具有與礦物鈣鈦礦（鈦酸鈣）類似結構的材料，這些量子點在制成之前，需要與一些液體混合形成分散體。
這意味著，相變前后 n 相差較大的材料，如一些具有不相稱結構的鉛基鈣鈦礦，可能是熱轉換的良好候選材料。在之前的研究中，通過調節疇壁密度來實現熱轉換。然而，FE 材料中的疇尺寸通常在幾十到幾百納米之間，遠遠長于聲子在室溫下的平均自由路徑。例如，根據線性化玻爾茲曼輸運方程（雙聲子理論），平均自由路徑小于 14納米（0.74納米）的聲子占室溫下 PZO總熱導率的 80%。
氧化物固態電解質，包括：鈣鈦礦、反鈣鈦礦、NASICON、LISICON、石榴石、LiPON型。
圖 2.氧化物 SE 的典型結構系列（鋰原子以綠色球體標記）。f) Li2.94PO3.5N0.31。
2.2.硫化物固體電解質
與氧相比，硫的電負性更低，離子半徑更大，因此與鋰的結合更弱，鋰的傳輸速度更快。
膜可以包括聚合物，例如乙酸纖維素、聚乙炔、聚苯胺、聚醚酰亞胺、聚碳酸酯、聚（環氧乙烷）和聚砜，并且無機膜包括沸石、鈣鈦礦和金屬有機框架。相對于聚合物膜，無機膜通常具有改進的穩定性，特別是在苛刻的操作條件下。
“NCORE集團的銷售額將反映在今年第二季度和第三季度的業績中，”周星工程相關人士稱，“我們計劃從今年年底開始，規劃在現有的異質結(HJT)太陽能電池設備上結合鈣鈦礦技術的串聯(Tandem)太陽能電池業務，預計從明年開始接受訂單，產生銷售的時間預計在2025年。“
另一方面，周星工程為了應對今后不斷增加的設備訂單量，去年9月建設完成了規模為2.2萬平方米的生產基地兼總部的光州園區。
