1.    日中瑞合作在钙钛矿太阳能电池研究领域取得新突破

近日，《Science》期刊在线发表了Michael Grätzel 和韩礼元组成的联合研究小组在钙钛矿太阳能电池研究领域取得的突破（Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aad1015）。日本国立材料科学研究所（NIMS）、华中科技大学、上海交通大学与瑞士苏黎世联邦理工学院等机构的研究人员借助薄膜掺杂技术，制造出一种面积为1平方厘米的钙钛矿太阳能电池，其公证效率为15%。

该研究发现并制备出了适合于钙钛矿太阳能电池的稳定、高导电性的重掺杂型电荷传输层材料，并探索出了其最优化制备条件，实现了高效率的光生电荷的抽取和分离，同时在大面积范围内成功抑制了薄膜缺陷，消除了钙钛矿太阳能电池常见的迟滞效应。该研究在将电池工作面积提高约10倍的条件下，依然获得能量转化效率为15%的稳定输出，这也使钙钛矿太阳能电池性能指标首次可以与其他类型太阳能电池在同一标准下进行比较。该结果得到国际权威机构AIST的认证，并被收录于2015年第46期《Solar cell efficiency tables》。

图来源：Science, 2015, DOI: 10.1126/science.aad1015

与传统的晶体硅太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池成本较低，更容易生产，而且近年来其光电转换效率获得较大提升，所以是目前最有可能实现低成本产业化以替代化石能源的太阳能电池。美国《科学》杂志把它评为2013年的十大科学突破之一。然而，虽然电池效率快速攀升，但是在薄膜制备、界面缺陷控制等方面上仍存在相当的困难和复杂性，之前高效率结果大都是在小面积电池器件上获得的，器件迟滞效应明显且稳定性不足，这些结果都限制了其进一步大规模工业化生产。因此，如何实现大面积高效率高稳定性电池，成为当前国际钙钛矿太阳能电池研究领域的前沿焦点问题。

在太阳能电池中，高效率的光生电荷分离和传输对电池整体性能的提高至关重要。该研究通过对无机电荷传输层实现重掺杂，在调控能带结构以有利于电荷载流子分离的同时，显著提高了电子和空穴传输效率，并且成功抑制厚度仅为10-20 nm的电荷传输层中的电荷复合。重掺杂无机电荷传输层具有较好的化学稳定性，可以保护钙钛矿层从而提高了整体器件的稳定性，保证了电池器件顺利通过国际权威机构在严格测试条件下进行认证过程中的考验。

（摘自 http://www.x-mol.com/news/1222）

2.    超大尺寸单晶钙钛矿晶体制备成功

近日，由中科院大连化学物理研究所刘生忠研究员带领的团队与陕西师大合作，利用升温析晶法，首次制备出了超大尺寸单晶钙钛矿CH₃NH₃PbI₃晶体，尺寸超过2英寸（大于71 mm），这是世界上首次报导尺寸超过0.5英寸的钙钛矿单晶。相关结果9月16日发表在《先进材料》期刊上(Adv. Mater., 2015, 27 (35), 5176-5183, DOI:10.1002/adma.201502597)。MaterialsViews网站对此研究成果进行了介绍。

近年来的研究发现，具有钙钛矿晶体结构的甲氨基卤化铅材料CH₃NH₃PbX₃ (X=Cl, Br, I)，在光伏材料、激光材料和发光材料等方面展现出极大的应用价值，成为国际上材料研究的热点之一。然而，现在基于微晶或非晶薄膜的钙钛矿太阳能电池及其他光电器件仍然面临的巨大的挑战。微晶钙钛矿薄膜中存在很多晶粒、晶界、孔隙和表面缺陷会造成载流子的复合，是进一步提高太阳能转换效率及其他光电器件性能需要解决的关键问题。

基于以上情况，该研究团队发展了大尺寸钙钛矿单晶生长方法，并成功制备出尺寸超过70毫米的单晶晶体。通过在室温下进行的高分辨XRD、光学测试，发现CH₃NH₃PbX（X=Cl, Br, I）钙钛矿晶体材料具有非常高的结晶质量和更好的光吸收范围（相较于薄膜样品），并首次发现CH₃NH₃PbCl₃材料在402 nm处的发光峰。进一步的TGA和DSC表征结果显示出CH₃NH₃PbI₃晶体比薄膜材料具有更高的热稳定性。以上研究结果表明，这种超大尺寸的单晶体CH₃NH₃PbX₃(X = Cl,Br,I)在研发高性能光电器件方面具有很大的潜力。

（摘自 中科院大连化学物理研究所）

3.    钙钛矿单晶中光生载流子扩散动力学研究取得新进展

近日，中科院大连化物所超快时间分辨光谱与动力学创新特区研究组（11T5组）金盛烨研究员领导的科研团队在金属有机钙钛矿（organolead halide perovskite）单晶光生载流子扩散动力学研究工作中取得新进展，成功实现了对单个钙钛矿单晶纳米线/纳米片中载流子扩散过程的可视化和定量研究。相关研究成果10月7日发表在《美国化学会志》上（J. Am. Chem. Soc., 2015, DOI: 10.1021/jacs.5b08045）。

CH₃NH₃PbX₃类材料在各种器件中的优越表现得益于其独特的光物理性质，如高载流子寿命、高电荷迁移率和长迁移距离。因此对这些光物理参数的定性和定量测定，是人们判断钙钛矿样品质量的重要手段。载流子的寿命可以简单的从载流子荧光寿命的检测中推算，但电荷迁移率（或者迁移系数）的测定往往需要在钙钛矿样品上负载电极材料。然而由于受到样品尺寸的限制，在钙钛矿纳米结构材料（如纳米线、纳米片等，几百纳米到数微米尺寸）上负载电极或者利用传统光谱解析手段（如瞬态吸收显微镜和时间分辨Tera-Hz等）检测则极为困难，这使得人们无从判断钙钛矿纳米结构材料中的电荷迁移性质。

该研究组则通过巧妙的构建荧光扫描时间分辨荧光成像系统，在不改变样品形貌的条件下，成功实现了对钙钛矿单晶纳米线和纳米片中光生载流子迁移过程的直接荧光成像。可在观测电荷迁移的动力学过程的同时，获取钙钛矿样品的载流子寿命、电荷迁移常数/迁移率和载流子迁移距离等定量参数信息。

此外，利用该检测方法，该研究组通过对大量钙钛矿纳米结构材料检测结果的统计分析得出，虽然同为单晶结构，不同纳米线/纳米片的电荷迁移率等性质仍然可展现出极大的差别，同时这种差别与样品的尺寸、形貌无关。因此，在利用这些纳米材料构建器件过程中，对样品性质的快速筛选是十分必要的。

（摘自 中科院大连化学物理研究所）

4.    量子点显示研究取得新进展

近日，南京理工大学曾海波团队在量子点显示方面取得新进展，相关研究成果以“全无机钙钛矿量子点LED”、“全无机钙钛矿量子点LED：一类新型激光发射材料”为题背靠背同期发表于《Advanced Materials》期刊（DOI: 10.1002/adma.201502567，DOI: 10.1002/adma.201503573）。

作为一种新型的发光材料，半导体胶体量子点发光峰窄、发光颜色可调的特点使其非常适于显示器领域。它具有溶液法制备、颜色可调、量子产率高等突出特点，在光源、显示等光电器件领域具有广泛的应用前景。量子点在显示技术领域的应用主要包括两个方面：基于量子点电致发光特性的QLED显示技术和基于量子点光致发光特性的量子点背光源技术。业界把2015年当作量子点背光显示发展的关键时期，三星与TCL等公司在年初已经发布了规划，量子点电视、手机、平板电脑等即将问世。

目前量子点的研究主要集中在经典的镉基化合物半导体量子点上，一般采用厚核壳结构，制备工艺复杂，未来产业化可能面临价格、成本、环境问题等挑战。因此，发展有自主产权、无镉、高品质的新型量子点LED，既是该领域的关键科学问题，也是我国量子点显示工业化发展的关键技术问题。

近几年来，由于具有低成本、载流子迁移率高、光吸收系数大等特点，有机-无机杂化钙钛矿(CH₃NH₃PbX₃, X = Cl, Br, I)材料，在太阳能电池领域有非常优异的表现。但是，由于大量的本征缺陷的存在，有机无机杂化钙钛矿薄膜的荧光量子效率通常很低(<20%)，限制了其在电致发光、激光、显示等领域中的应用。最近研究表明，随着钙钛矿尺寸的减小，可以有效地降低其内部缺陷的数目，减少非辐射跃迁，提高其荧光效率。然而，稳定性差这一严重问题一直制约着有机-无机杂化钙钛矿量子点的发展。

2014年夏天，曾海波团队李晓明博士研究生等人采用热注入技术，制备了结晶度高、形貌单一、尺寸分布窄的全无机钙钛矿铯铅卤量子点（CsPbX₃，X=Cl，Br，I）。通过改变反应温度等参数，实现了尺寸与成分的大范围调控，从而能够在整个可见光范围内调控量子点发光颜色(400-800 nm)，各种颜色发光量子效率均高于70%，绿光高达90%以上。2015年，团队成员宋继中、李建海等博士研究生通过优化设计，采用ITO/PEDOT:PSS/PVK/QDs/TPBi/LiF/Al器件构型，构筑了无机钙钛矿量子点QLED器件，实现了红绿蓝三基色等多种颜色的电致发光，这是该体系QLED的首次报道。

与经典的镉系量子点相比，全无机钙钛矿量子点展现出更窄的发光峰（15~25 nm）、更广的色域（150%NTSC），因此在量子点显示领域将具有重要的应用前景。从2014年开始，曾海波团队就已经围绕这一量子点新体系的合成、处理，及其器件等申请了一系列专利。

此外，全无机钙钛矿量子点在激光显示领域也具有一定的应用潜力。通过与新加坡南洋理工大学孙汉东教授合作，实现了该体系的受激发射，在红绿蓝三基色获得了低阈值的激光。

（摘自 MaterialsViewsChina）

5.    基于无机氧化物P-I-N构架的钙钛矿电池研究取得新进展

在现有技术基础上, 进一步降低成本、提高效率和稳定性、推进钙钛矿电池工业化，是其必然的发展趋势。钙钛矿太阳能电池工作的核心主要包含电子收集层、钙钛矿活性层以及空穴收集层，以实现对太阳光的捕获以及光生载流子的分离和传输。目前，高效率电池器件中电子收集层或者空穴收集层之一主要为有机材料。而有机材料必须面对低结晶度、低迁移率、在工作环境中分解等缺点。

武汉光电国家实验室王鸣魁教授针对以上难题，在实验室前期研究（Nano Letters, 2015, 15, 2402-2408）的基础上，采用全印刷方式构造了一种全新的基于无机氧化物P-i-N框架的钙钛矿电池。该电池应用P-i-N结提供电荷漂移的电场，能够获得更好的光生载流子的收集效率，实现了器件光电转化效率的提升。借助电化学阻抗技术等界面动力学研究手段，研究人员成功观察到器件内部光生电荷复合过程，并首次在试验中观察阳离子迁移对钙钛矿电池性能影响。相关研究成果发表在《纳米能源》期刊上（Nano Energy, 2015, 17, 171-179）。

在钙钛矿太阳能电池未来实际应用中，相信会出现多种结构并存竞争的局面。王鸣魁教授研究团队和美国加州大学洛杉矶分校国际知名的太阳能电池研究专家Yang Yang 教授合作，系统性研究无电子选择传输层的钙钛矿平板器件及其工作机理，发现器件电荷的储存是影响器件工作的首要原因。该研究成果10月14日发表在《纳米快报》上（Nano Lett., 2015, DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02126）。

这些研究结果，有助于研究人员进一步明确影响钙钛矿太阳能电池性能的关键因素，也能为人们寻找更简单或更高效的新结构提供思路。

（来源：武汉光电国家实验室）

6.    钙钛矿和宽带隙染料制备的光谱裂分太阳能电池（Spectral splitting photovoltaics using perovskite and widebanddye-sensitized solar cells）

Nature Communications, 2015, DOI: 10.1038/ncomms9834

将太阳能电池的吸收光谱拓展至近红外区域对于提升电池效率是十分重要的。尽管卤化铅钙钛矿太阳能电池的发展非常迅猛，效率已经超过20%，但是其吸收光谱在长波长范围只能达到800 nm。为了进一步提升钙钛矿太阳能电池的能量转化效率，可以在电池中加入近红外吸收部分。Sang Il Seok、Michael Grätzel和 Hiroshi Segawa的联合研究团队报道了一种全光谱敏化剂（编号：DX3），它的吸收边可以达到接近 1100 nm 处。在1.5个标准太阳光照下，其电流值可以超过 30 mA cm^-2 。基于DX3和钙钛矿材料的杂化太阳能电池可以达到21.5%的能量转化效率。

（摘自 新材料在线）

7.    超稳定钙钛矿CH₃NH₃PbI₃薄膜

有机-无机杂化钙钛矿型太阳能电池近年来引起极大的关注，其光电转换效率从2008年的～3.8%迅速提高到如今的20.1%。近几年的广泛研究已经对此材料的性质，电池的工作原理有了全面的认识。电池制作方法也日趋成熟。然而，就实际应用来说，此种材料一个致命的问题是对水的稳定性。在中等湿度下，钙钛矿材料吸收层可在数天之内迅速分解，从而导致太阳能电池的光电转换效率锐减。对此问题，目前仍没有找到比较有效的解决办法。

近日，香港中文大学物理系陈涛教授（现中国科学技术大学）及其团队通过一种固-气反应的方法合成出超稳定的钙钛矿CH₃NH₃PbI₃薄膜。在中等的湿度下（40%），此薄膜的光吸收能力和光电转换效率在100天之内均没有衰减。实验表明，极为紧致的CH₃NH₃PbI₃纳米晶排列成膜是一个至关重要的因素。为了得到没有微孔的薄膜，他们首先合成了PbI₂多孔薄膜作为固定相，然后置于140 ^oC的CH₃NH₃I的气氛中。PbI₂与CH₃NH₃I反应生成CH₃NH₃PbI₃的过程会造成体积膨胀，最终填满空隙，得到无微孔薄膜。另一方面，实验发现薄膜中若是嵌入DMF分子将会促进水分子的吸附，从而加速水解过程。通过调节反应温度，时间和PbI₂薄膜的孔隙率，可以实现致密的钙钛矿薄膜和有效的DMF脱附。该研究对材料的稳定性提供了新的理解，对于制作更加稳定的薄膜及器件提供了一个有效的策略。相关论文参见Adv. Sci.2015, 1500262。

（摘自 MaterialsViewsChina）