鈣鈦礦材料
關注創建者：射線伽馬 創建時間：2018-11-05
鈣鈦礦材料的實例教程
該項研究挑戰了鈣鈦礦易于在水中分解的傳統思維，對鈣鈦礦材料在水中表面作用機制形成了新的認知，并為鈣鈦礦材料的合成與應用提供了新的思路，具有重要的研究意義和實際應用價值，可望加快鈣鈦礦材料穩定性方面的機理和合成研究，并有力推動鈣鈦礦材料在光電、生物、傳感等領域的應用。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201802670
本文由徐庶課題組供稿。
【引言】
近幾年，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率已由2009年報道的3.8%快速提升到23%，掀起了全球范圍的研究熱潮。甲胺鉛鹵鈣鈦礦(CH3NH3PbX3, X = I, Br, Cl)材料具有高的吸光系數、長的載流子擴散長度、可調控的直接帶隙、有趣的載流子輸運性質和溶液法低成本制備等突出優勢。此外，甲胺鉛鹵鈣鈦礦材料也應用于LED、激光器、光電探測器甚至催化領域，儼然成為一種“萬能材料”。然而，CH3NH3PbX3吸光材料還存在穩定性低、含有毒的鉛元素這兩個致命的缺點，這也是鈣鈦礦太陽能電池能否最終實用化所面臨的兩大挑戰性難題。因此，非常需要尋找一種新型高穩定、低毒的有機無機雜化鈣鈦礦吸光材料。
【成果簡介】
近期，湘潭大學材料學院王金斌教授及鐘向麗教授等（共同通訊作者）在美國化學會旗下的國際知名期刊ACS Applied Energy Materials上發表題為“(C6H5CH2NH3)2CuBr4: A Lead-Free, Highly Stable Two-Dimensional Perovskite for Solar cell Applications”的研究論文。這項工作首次對環境友好型銅基鈣鈦礦材料(C6H5CH2NH3)2CuBr4的光電性質、穩定性及光伏性能進行了深入研究，發現(C6H5CH2NH3)2CuBr4不僅具有較高的吸光系數, 還具有優異的全方位穩定性，是目前報道的唯一能夠同時抵抗紫外光、濕、熱的不利影響的銅基鈣鈦礦材料。最后，文章證明了這種材料具有一定的光伏效應。
【圖文導讀】
圖一：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有層狀鈣鈦礦結構，從SEM可以清楚地看到其層狀特征。
圖二：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有禁帶寬度1.81 eV、吸光系數高，并研究了其能帶結構。
展開 日前，吉林大學超硬材料國家重點實驗室鄒勃教授、肖冠軍副教授科研團隊和材料科學與工程學院張立軍教授科研團隊在壓力誘導鈣鈦礦料發光的研究方面取得突破，該成果以“Pressure-induced emission of cesium lead halide perovskite nanocrystals”為題，于2018年10月29日在線發表在NatureCommunications雜志上。
近年來，全無機鉛鹵鈣鈦礦材料由于其優異的光學性質、良好的穩定性以及低廉的成本，在光伏電池、發光二極管（LED）、光電探測等領域受到了廣泛的關注。Cs4PbBr6是一類典型的零維全無機鈣鈦礦材料，其正八面體彼此孤立，具有很強的量子限域效應。然而遺憾的是，這種具有較強激子結合能的鈣鈦礦納米材料，在常溫常壓下并沒有展現出領域可重復的熒光性質（仍存在爭議），極大地限制了Cs4PbBr6鈣鈦礦材料的實際應用。
零維鈣鈦礦材料的發光特性與激子自陷態（ExcitonSelf-trapping）緊密相關，激子自陷態非常依賴于鈣鈦礦體系的維度，維度越低，越容易產生自陷態激子。調控鹵素鈣鈦礦的八面體扭曲程度，可以改善自陷態激子的復合發光，為提升零維鈣鈦礦材料的光學活性提供了有效途徑。
展開 蓋世汽車訊 據外媒報道，倫敦瑪麗女王大學（Queen Mary University of London）的研究人員開發了一種新工藝，以生產穩定的鈣鈦礦材料，制造更高效的太陽能電池。
（圖片來源：倫敦瑪麗女王大學）
在太陽能電池中，晶體硅是應用最廣泛的材料。然而，由金屬鹵化物鈣鈦礦材料制成的鈣鈦礦太陽能電池，可能成本更低、更高效。現在，鈣鈦礦型太陽能電池在效率方面，可與更成熟的硅基太陽能電池相媲美。關鍵挑戰在于，這種電池存在化學不穩定性。鈣鈦礦材料對水分、氧氣甚至光線都非常敏感，在空氣中會迅速降解。
一種甲脒鈣鈦礦（formamidinium perovskite）材料有助于解決這一問題。這種鈣鈦礦名為FAPbI3，具有純凈的黑色晶體結構，比其他許多鈣鈦礦在化學上更穩定。在太陽能電池中，與現有鈣鈦礦材料相比，其光學特性也更適合高效吸收光線和發電。然而，制造這種黑色的穩定材料并不容易，往往會形成不適合太陽能電池的黃色相。
在此項研究中，研究人員提出一種制造FAPbI3的新工藝。制造FAPbI3的挑戰之一在于，高溫（150℃）會導致材料中的晶體拉伸變緊，從而促進形成黃色相。以往的報告中額外使用少量化學物質，以在這些條件下幫助形成FAPbI3。然而，在大規模制造太陽能電池時，很難控制這些添加劑的均勻性和數量，而且加入這些添加劑所產生的長期影響尚不清楚。
此項研究中提出的新方法是，在更低的溫度下（100℃），將FAPbI3薄膜暴露在含混合溶劑的氣溶膠中。研究人員發現，只需一分鐘，就可以形成非常穩定的黑色相FAPbI3。相比之下，其他方法大約需要20分鐘。另外，降低溫度有助于使材料中的晶體“放松”。
展開 在光電子技術迅猛發展的今天，鈣鈦礦基發光二極管（PeLED）以其獨特的材料優勢和廣泛的應用前景，成為學術界和產業界關注的焦點。這類器件不僅具備可調帶隙、高色純度和低溫制備兼容性等突出特性，在近紅外（NIR）光發射領域更展現出巨大潛力。然而，光提取效率（LEE）受限一直是制約PeLED性能提升的關鍵瓶頸。近期，一項發表于《Scientific Reports》的研究通過創新的層厚度優化策略與活性層吸收調控技術，成功將近紅外PeLED的光提取效率提升近20%，在803nm波長處達到42.89%的優異水平，為PeLED的實際應用開辟了新路徑。
PeLED的技術優勢與現存挑戰
1.1鈣鈦礦材料的光電特性
鈣鈦礦材料之所以在光電子領域引發廣泛研究熱潮，源于其一系列優異的物理化學性質。這類材料具有可調的帶隙結構，通過組分調控可實現從紫外到近紅外全光譜范圍的光發射；同時具備高色純度，其電致發光半高寬（FWHM）僅為有機材料的1/3至1/4，這對于顯示和傳感應用至關重要。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。理論上，若內部量子效率（IQE）接近單位值，PeLED中光功率模式占光源總光功率的比例可達55%，遠高于OLED的光回收效率。
1.2光提取效率：PeLED面臨的核心挑戰
盡管PeLED在材料特性上具有優勢，但其光提取效率卻受到嚴重限制。
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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。
根據韓媒Kukinews報道，鹵素（鹵化物）鈣鈦礦材料，作為太陽能電池、光檢測器及LED等前沿光電組件的理想選擇，不僅在縮短生產周期和降低成本方面展現出巨大潛力，更以其卓越的色純度脫穎而出，成為唯一能夠完全契合“Rec.2020”這一高標準顯示屏色彩坐標基準的物質。
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。
二、全球量子點材料總體產能分析與預測
三、全球不同類別量子點材料產能分析與預測
1.含鎘量子點材料產能分析與預測
2.磷化銦量子點材料產能分析與預測
3.鈣鈦礦量子點材料產能分析與預測
二、全球量子點材料總體產能分析與預測
三、全球不同類別量子點材料產能分析與預測
1.含鎘量子點材料產能分析與預測
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二、全球量子點材料總體產能分析與預測
三、全球不同類別量子點材料產能分析與預測
1.含鎘量子點材料產能分析與預測
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3.鈣鈦礦量子點材料產能分析與預測
全球量子點顯示部件重要廠商分析
1.三星
2.3M
3.納晶
4.激智
5.DIC
6.星爍
7.惟怡
8.貝迪
9.其他
第四章：全球量子點材料市場分析與預測
一、全球量子點材料產能概述
二、全球量子點材料總體產能分析與預測
三、全球不同類別量子點材料產能分析與預測
1.含鎘量子點材料產能分析與預測
2.磷化銦量子點材料產能分析與預測
3.鈣鈦礦量子點材料產能分析與預測
二、全球量子點材料總體產能分析與預測
三、全球不同類別量子點材料產能分析與預測
1.含鎘量子點材料產能分析與預測
2.磷化銦量子點材料產能分析與預測
3.鈣鈦礦量子點材料產能分析與預測
二、全球量子點材料總體產能分析與預測
三、全球不同類別量子點材料產能分析與預測
1.含鎘量子點材料產能分析與預測
2.磷化銦量子點材料產能分析與預測
3.鈣鈦礦量子點材料產能分析與預測
