太陽能電池，發光二極管，光電探測器…Edward Sargent，黃勁松，呂正紅，朱凱，廖良生…帶你看看無所不能的鈣鈦礦

1.多倫多大學Edward Sargent&華中科技大學唐江Nature Photonics：基于層狀鈣鈦礦中量子點的高效近紅外發光二極管

基于激子材料的發光二極管（LED），其中緊密結合的光激發電子-空穴對遷移在一起而不是作為單獨的電荷載體，為開發溶液處理的高性能發光體提供了一條誘人的途徑。多倫多大學Edward Sargent和華中科技大學唐江通過將量子點（QD）合并到低維鈣鈦礦基質中，展示了明亮且高效的激子紅外LED。作者對QD的表面進行設計以觸發快速的鈣鈦礦成核，以實現QD均勻地摻入基質中，這已通過原位掠入射廣角X射線光譜法進行了驗證。作者調整鈣鈦礦的分布，以驅動平衡的超快激子能量轉移到量子點。所得的LED在短波長紅外區域（這是成像和傳感應用的重要機制）中工作，并在980 nm處以高達7.4 W/Sr/m²的輻射率顯示8.1％的高外部量子效率。

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

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

2.北卡羅來納大學教堂山分校黃勁松Nature Photonics: 鈣鈦礦填充膜用于柔性和大面積直接轉換X射線探測器陣列

金屬鹵化物鈣鈦礦的柔軟特性使其有可能用作柔性X射線探測器。北卡羅來納大學教堂山分校黃勁松報告了鈣鈦礦填充膜（PFM）的結構，用于高度靈敏、靈活和大面積的X射線探測器。作者通過將飽和鈣鈦礦溶液滲透通過多孔聚合物膜，然后進行熱層壓，可形成面積高達400 cm²的PFM。鈣鈦礦晶體在膜中的良好連通性和結晶性使產品具有較大的移動性和使用壽命。X射線探測器在0.05 V/μm場下的靈敏度達到8696±228μC/Gy_air/cm²，并且在儲存六個月以上并暴露于376.8 Gyair的劑量后，沒有顯示出降解，相當于1.88萬次胸部X線掃描。柔性PFM可以彎曲至2 mm的半徑。獨立檢測器陣列是彎曲的，并放置在金屬管內，用于檢測材料缺陷，其成像質量優于平板檢測器。

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

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

3.北伊利諾伊大學徐濤&NREL朱凱Nature：鈣鈦礦型太陽能電池的器件上鉛隔離

鈣鈦礦太陽能電池作為一種新興的高效，低成本的光伏技術，在走向商業化的過程中面臨障礙。在設備穩定性方面已進行了實質性的改進，但鉛毒性和從設備中浸出的潛在問題仍未得到充分研究。在建筑集成光伏電池中使用鈣鈦礦太陽能電池時，潛在的鉛泄漏風險被視為對環境和公共健康的危害。北伊利諾伊大學徐濤和NREL朱凱提出一種化學方法來隔離由于嚴重損壞設備而導致的超過96％的鉛泄漏的設備上隔離。鉛吸收材料的涂層被應用到設備堆棧的正面和背面。在前透明導電電極的玻璃側，作者使用了透明的吸收鉛的分子膜，該膜包含與磷牢固結合的膦酸基團。在背面（金屬）電極側，作者將與鉛螯合劑共混的聚合物薄片放在金屬電極和標準光伏填料薄片之間。遇水浸泡時，兩側的吸鉛膜會膨脹以吸收鉛，而不是溶解，從而保持結構完整性，以便在損壞后容易收集鉛。

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On-device lead sequestration for perovskite solar cells

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

4.牛津大學Henry Snaith&Yen-Hung Lin：哌啶鹽可穩定高效的金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池

對于混合鈣鈦礦光伏電池，壽命一直是長期關注的問題。通過將哌啶基離子化合物摻入FA-銫三鹵化鉛鈣鈦礦吸收劑中，牛津大學的Henry Snaith和Yen-Hung Lin展示了穩定高效的鈣鈦礦太陽能電池。帶隙調整為非常適合硅鈣鈦礦串聯電池，這種哌啶添加劑可提高開路電壓和電池效率。在積極老化期間，該添加劑還阻礙了成分偏析到雜質相和鈣鈦礦吸收層中的針孔形成。在環境大氣中的全光譜模擬陽光下，未封裝和封裝的電池在60℃和85℃時分別保持其峰值效率和預燒效率的10％和1200小時分別為80％和95％。這個分析揭示了導致衰老電池衰竭的詳細降解途徑。

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A piperidinium salt stabilizes efficient metal-halide perovskite solar cells

Science, 2020, 10.1126/science.aba1628

5.吉林大學孫洪波、沈亮和夏虹Adv. Mater.:?性能穩定超過1年的鈣鈦礦單晶微線陣列光電探測器

與薄膜形態相比，一維鈣鈦礦結構（例如具有較少晶界和較低缺陷密度的微/納米線）非常適合于具有更高穩定性的高性能光電探測器。盡管與基于薄膜形態的光電探測器相比，基于鈣鈦礦微線的光電探測器的穩定性已大大提高，但實際應用需要在實現之前進一步提高穩定性。在這項研究中，吉林大學孫洪波、沈亮和夏虹開發了一種模板輔助方法來制備甲基銨溴化鉛（MAPbBr₃）微納米線結構，該結構被保護性疏水分子層原位包裹。保護層，高結晶質量和高度有序的微結構的結合顯著提高了MAPbBr₃單晶微線陣列的穩定性。因此，這些基于MAPbBr₃單晶微線陣列的光電探測器表現出顯著的長期穩定性，無需進一步封裝即可在1年后保持96％的初始光電流。因此，這種光電探測器的壽命比以前最穩定的鈣鈦礦微/納米線基光電探測器的壽命大約長四倍；據認為，這是迄今為止報道的最穩定的鈣鈦礦光電探測器。此外，這項工作應進一步有助于實現具有長期穩定性的鈣鈦礦一維結構。

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

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

6.清華大學任天令和梁仁榮：通過直接將鈣鈦礦集成到硅片上的超快光電探測器

單晶鈣鈦礦由于其高量子效率和長擴散長度，目前是一種很有前途的材料。但是，所報道的鈣鈦礦光電探測范圍（<800 nm）和響應時間（> 10μs）仍然有限。為了促進鈣鈦礦集成光電器件的發展，清華大學任天令和梁仁榮通過將SC CH₃NH₃PbBr₃（MAPbBr₃）鈣鈦礦集成在硅（Si）上，展示了更大的光電檢測范圍和更短的響應時間。具有改進的界面的Si/MAPbBr₃異質結光電探測器具有高速，寬光譜和長期穩定性能。據我們所知，測得的可檢測光譜（405-1064 nm）在很大程度上擴展了以前基于鈣鈦礦的光電探測器所報告的最寬響應范圍。此外，上升時間高達520 ns，可與商用鍺光電探測器相媲美。此外，Si/MAPbBr₃器件可以保持出色的光電流性能長達3個月。此外，典型的灰度面部成像是通過掃描Si/MAPbBr₃單像素光電探測器實現的。通過將鈣鈦礦直接集成到Si上使用超快速光電探測器進行的這項工作可以促進下一代集成光電技術的發展。

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Ultrafast Photodetector by Integrating Perovskite Directly on Silicon Wafer

ACS Nano, 2020, 10.1021/acsnano.9b06345

7.陜西師范大學劉生忠：用于高性能X射線檢測的優質無鉛鈣鈦礦Cs₃Bi₂I₉單晶的成核控制生長

有機-無機雜化鹵化鈣鈦礦已經成為一系列用于太陽能電池，激光器和探測器的星形材料。然而，由于揮發性有機組分而導致的有毒鉛元素和邊際穩定性所引起的問題嚴重限制了它們的潛在應用。陜西師范大學劉生忠開發了一種成核控制溶液方法，以生長大尺寸高質量Cs₃Bi₂I₉鈣鈦礦單晶（PSC）。使用該技術，作者收獲了幾厘米大小的單晶，并獲得了很高的器件性能。作者發現，基于PSC的X射線檢測器具有1652.3μC/Gyair/cm²的高靈敏度和130 nGyair/s的低可檢測劑量率，這在醫學診斷中都是需要的。此外，其出色的熱穩定性可開發出在高達100℃的溫度下具有穩定響應的高溫X射線探測器。此外，PSC由于其信號漂移可忽略不計且具有極高的穩定性，因此具有很高的X射線成像能力。

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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.多倫多大學Edward Sargent&呂正紅Nature Nanotechnology：基于嚴格約束的鈣鈦礦量子點的藍色LED的雙極殼表面修復

膠體量子點（QD）固體是新興的半導體，已在電荷傳輸的基礎研究及其在光電子學中的應用中得到了積極探索。形成器件制造所需的高質量QD固體，需要用短的配體替代用于合成的長有機配體，以提供增強的QD偶聯和改善的電荷傳輸。但是，在鈣鈦礦型量子點中，用于進行配體交換的極性溶劑會分解高離子鈣鈦礦。多倫多大學Edward Sargent和呂正紅報道了鈣鈦礦的QD重鋪表面處理，以實現由內部陰離子殼和由陽離子和極性溶劑分子組成的外部殼組成的雙極殼。外殼靜電吸附到帶負電的內殼上。與以前報道的低維鈣鈦礦相比，這種方法可生產出具有嚴格限制的鈣鈦礦QD固體，該固體具有改善的載流子遷移率（≥0.01cm2/ V/s）和降低的能阱密度。發射藍光的QD薄膜的光致發光量子產率超過90％。通過利用提高的遷移率，作者已經能夠制造出基于CsPbBr3 QD的高效藍色和綠色發光二極管。能阱密度降低的藍色器件的外部量子效率為12.3％，綠色器件的外部量子效率達到22％。

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

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

9.多倫多大學Edward Sargent、Oleksandr Voznyy&蘇州大學廖良生Nature Communications：螯合劑輔助控制CsPbBr₃量子阱的生長可實現穩定的藍色鈣鈦礦發光體

金屬鹵化物鈣鈦礦已成為溶液加工的藍色發光二極管（LED）的有希望的候選物。但是，LED工作電壓下的鹵化物相偏析以及由此引起的光譜偏移會阻礙其應用。多倫多大學Edward Sargent、Oleksandr Voznyy和蘇州大學廖良生報道了采用準二維溴化銫銫鉛的真藍色LED，量子阱的尺寸分布較窄，這是通過加入螯合添加劑實現的。超快速瞬態吸收光譜法測量表明，螯合劑有助于控制量子阱的厚度分布。密度泛函理論計算表明，螯合分子使量子阱表面的鉛種類不穩定，進而抑制了較厚量子阱的生長。用γ-氨基丁酸處理可使電子阱鈍化，并使膜能夠在100℃的溫度下保持24 h，而不會改變其發射光譜。摻有經γ-氨基丁酸處理的鈣鈦礦的LED在國際量子效率為6.3％的情況下呈現藍色發光，其國際坐標委員會的坐標為（0.12，0.14）。

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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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