基于有机金属卤化物钙钛矿材料的全固态太阳能电池研究进展

作为太阳能电池的光吸收剂,有机金属卤化物钙钛矿材料不仅具有高效的光吸收能力和载流子迁移率,还具有独特的双极性特征,能同时传输电子和空穴,使其成为优异的光伏材料,掀起了基于钙钛矿材料太阳能电池的研究热潮。介绍了近几年来基于有机金属卤化物钙钛矿材料的全固态太阳能电池的发展情况,总结了有机金属卤化物钙钛矿材料的结构和特性,对目前几类典型的钙钛矿太阳能电池进行了讨论,并展望了全固态钙钛矿太阳能电池的产业化应用前景。

浅析有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池稳定性的研究

有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池近几年来发展迅速,其器件认证光电转效率已达22.1%。同时,这类电池具有成本低廉、能量回收期短等优势,有望实现商业化应用。然而,钙钛矿吸光层本身在湿度较大、温度较高及光照等条件下不稳定,并且与其他功能层组装成器件时易引发电极腐蚀、深缺陷态等问题,使得器件不稳定性加剧。越来越多的文献报道了提升器件稳定性的方法,主要集中在:(1)从成分优化方面提升钙钛矿吸光层的稳定性;(2)从器件结构优化方面提升器件的稳定性。在成分优化方面,科研者们主要从钙钛矿ABX_3结构成分、结构维度和保护层的使用等角度提升钙钛矿材料的稳定性。(1)在满足容差因子t或八面体因子μ的条件下,将甲脒离子、铯离子等疏水或耐热基团引入ABX_3结构的A位中,而X位掺入溴离子或硫氰根离子能提升钙钛矿材料的抗湿性,或者整合单一位置优势得到混合位Cs_x(MA_(0.17)FA_(0.83))_(100-x)Pb(I_(0.83)Br_(0.17))_3不仅能提升材料的热稳定性,而且可使器件的转换效率提高至21.1%。(2)较低结构维度(主要为二维)钙钛矿材料的研究也获得了一定的进展,例如制得的BA_(0.05)(FA_(0.83)Cs_(0.17))_(0.95)Pb(I_(0.8)Br_(0.2))_3材料的湿度和光照稳定性优异。(3)疏水性能好、电荷传输能力优异的保护层如丁基膦酸4-氯化铵或苄胺等同样可增强钙钛矿吸光层的稳定性。在器件结构优化方面,研究者们分别从电子传输材料(如二氧化锡、镧掺杂锡酸钡等)、空穴传输材料(如CuGaO_2、酞菁铜等)和上电极(碳、铜等)等角度提升器件的稳定性。其中,(1)紫外光催化活性差、电子迁移率优异、能带结构适宜的镧掺杂锡酸钡组成的器件展现了优异的光照稳定性。(2)由化学和热稳定性优异的酞菁铜组成的器件也获得了良好的热稳定性和17.5%的转换效率。(3)优化上电极方面,将碳电极应用到大面积器件上时,器件呈现了良好的湿度和光照稳定性;而铜电极替换金或银电极时,器件的光电转换效率同样超过20%,并且其热和光照稳定性良好。本文主要从钙钛矿吸光层材料成分和器件结构两大角度梳理了关于提升器件稳定性的研究现状,分别对钙钛矿吸光层ABX_3的组分、钙钛矿材料的结构维度、其他功能层等优化方面提升器件稳定性的工作进行了综述。最后,结合现有的研究成果展望了有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的发展趋势。

一步溶液法制备有机金属卤化物钙钛矿薄膜的研究进展

有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池兼具很高的光电转换能力和低成本制备优势,俨然已成为最具发展潜力的一类光伏技术。目前,伴随着钙钛矿薄膜质量的不断提升,该技术的最高光电转换效率已经超过22%。一步溶液法制备技术操作简单、商业应用前景广阔,在简要介绍钙钛矿薄膜的制备工艺基础上,重点分析了一步溶液制备法中提高薄膜质量的4种方法,并综述了相关研究进展;最后针对现有钙钛矿太阳能电池存在的问题提出发展展望。

卤化物钙钛矿与金属有机框架复合材料合成及其在光电领域研究进展

卤化物钙钛矿(Perovskite)材料凭借其卓越的光电性能,在光电材料领域展现出非凡的应用潜力。然而,其固有的不稳定性在一定程度上限制了其应用。近年来,利用金属有机框架(Metal-organic frameworks,MOFs)封装卤化物钙钛矿形成的新型复合材料愈发受到关注。这种封装策略不仅能显著提升其在湿度、温度和光照等条件下的稳定性,还能赋予其独特的性能优势。本文综述了钙钛矿与金属有机框架复合材料(PeMOFs)在光电转换领域的最新功能和应用。首先详细阐明了PeMOF的制备策略及研究进展;进而介绍了MOF在PeMOF中起到的独特作用;最后,总结PeMOF在太阳能电池、光催化、传感器、发光二极管、荧光防伪与信息加密、辐射防护与监测等领域的最新研究成果,并对该领域未来的发展方向和应用前景进行了展望。

金属卤化物CH_(3)NH_(3)PbBr_(3)钙钛矿量子点快速检测新烟碱类农药

以新烟碱类农药为靶标物,结合荧光传感策略构建了基于金属卤化物钙钛矿量子点CH_(3)NH_(3)PbBr_(3)(Perovskite quantum dots,PQDs)荧光探针快速检测新烟碱类农药的新方法。该方法的线性检测范围为0.0~20 mg/L,相关系数为0.9939,检出限和定量限分别为0.17 mg/kg和0.56 mg/kg。对萝卜和香蕉样品中噻虫胺的加标回收率在79.3%~115.4%之间,日内日间相对标准偏差在3.8%~9.4%之间。该方法具有高灵敏度、高选择性和适用性,为农产品中新烟碱类农药残留的风险防控提供了一种有效的检测技术。对噻虫胺与钙钛矿量子点之间的相互作用进行了研究,结果表明,钙钛矿量子点与噻虫胺之间的相互作用是一个动态过程,噻虫胺对钙钛矿量子点的荧光猝灭方式为通过氢键或范德华力形成了新的复合物的静态猝灭。其内容可作为其他光谱分析手段的技术基础,其分析检测结果可为果蔬安全监管提供有价值的建议。

金属卤化物钙钛矿纳米晶体/聚合物复合材料的研究进展

金属卤化物钙钛矿纳米晶体因其独特的光电特性,在光伏和光电等领域展现了巨大的应用前景,受到广泛的研究关注。但钙钛矿纳米晶体本身的离子晶体性质使其在水、热等环境下不稳定,从而限制了其实际应用。金属卤化物钙钛矿纳米晶体可以与聚合物结合形成纳米复合材料,具有许多优越的特性。聚合物基体可以赋予复合材料稳定性、可拉伸性和溶液加工性,而纳米晶体可保持其尺寸、形状和组成相关的光电特性。因此,这些纳米复合材料在下一代显示器、照明、传感、生物医学技术和能量转换等领域具有巨大的潜力。本文总结了金属卤化物钙钛矿纳米晶/聚合物纳米复合材料的最新研究进展。首先,讨论了制备金属卤化物钙钛矿纳米晶体/聚合物复合材料的各种合成策略。其次,介绍了金属卤化物钙钛矿纳米晶体/聚合物复合材料在发光二极管、激光和闪烁体等领域的应用。最后,提出了该领域未来的研究方向和挑战。

金属卤化物零维钙钛矿材料及其应用研究进展

金属卤化物零维钙钛矿因其大激子结合能、出色的稳定性、高发光效率以及大Stokes位移等优点,受到广泛的关注。首先,探讨了金属卤化物零维钙钛矿的电子结构与发光机理。其次,分析了离子掺杂对金属卤化物零维钙钛矿光学特性的影响。在此基础上,阐述了金属卤化物零维钙钛矿的合成方法,并详细介绍了金属卤化物零维钙钛矿在发光二极管、防伪、X射线成像和传感等领域的应用。最后,对目前金属卤化物零维钙钛矿面对的挑战和潜在解决方案进行了总结与展望。

黑色素瘤循环肿瘤细胞检测的金属卤化物钙钛矿外泌体复合探针检测新策略

液体活检技术的兴起为黑色素瘤的快速、准确诊断提供了新的机遇。然而,普通循环肿瘤细胞活检基于上皮黏附蛋白进行阳性富集,但信号标记的有机荧光探针存在量子效率低的问题,导致检测黑色素瘤循环肿瘤细胞时准确率和灵敏度较低。本文以高量子效率的金属卤化物钙钛矿量子点作为信号标记物,以黑色素瘤来源的外泌体作为生物识别分子,构建了一种用于黑色素瘤液体活检的循环肿瘤细胞检测新策略。与商品化的上皮细胞黏附蛋白富集策略相比,本研究报道的复合探针检测新策略,其检测灵敏度提高了一个数量级,并且具有良好的亲水性和低毒性。实验结果证明了外泌体引导的金属卤化物钙钛矿量子点指示的黑色素瘤循环肿瘤细胞检测新策略具有理想的应用前景。

金属卤化物钙钛矿材料的制备工艺研究进展

金属卤化物钙钛矿由于具有优异的光电性能,如高吸光系数、长载流子扩散长度和可调节的带隙,成为光伏和光电器件领域中的研究热点。制备工艺和制备参数直接影响材料质量,也决定了器件的性能和稳定性。近年来,研究者们通过调整制备方法、制备条件等手段,成功制备出高结晶质量、低缺陷密度的金属卤化物钙钛矿材料,并应用于太阳能电池、光电探测器、发光二极管等各种光电器件中,器件性能也得到了显著提高。本综述总结了通过不同方法制备钙钛矿材料的研究进展,分析对比了各类工艺制备钙钛矿材料的特点,讨论了优化工艺参数提高成膜策略。随着工艺的改进和材料体系多样化,钙钛矿材料的质量能够进一步优化,有望尽快实现钙钛矿器件产业化。

有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池的研究进展

2009年CH3NH3PbI3太阳能电池问世,因其具备制备工艺相对简单、光电转换率高等优点,引起了国内外研究者极大的关注.近几年,有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池发展迅速,光伏性能不断得到提高.然而CH3NH3PbI3电池器件受钙钛矿材料本身禁带宽度的限制,对太阳光的吸收光谱不够宽,并且其重要组成部分的Pb元素,具有一定毒性.因此制备带隙更窄、环境友好及化学稳定性好的有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池具有重要的应用价值.本文评述了以寻找Pb的替代元素、提高入射光吸收效率、改善太阳能电池光伏性能为目标所进行的钙钛矿材料禁带宽度调控方面的研究成果,比较了有机、无机空穴传输材料和无空穴传输材料钙钛矿太阳能电池的光伏性能,讨论了界面结构在电子和空穴输运过程中的重要性.介绍了目前在CH3NH3Pb I3及类似有机金属卤化物钙钛矿材料的原子结构、能带结构和禁带宽度等理论研究方面的进展,讨论了常见计算方法的优缺点和需要注意的问题,为开展有机金属卤化物钙钛矿的理论研究提供了思路.最后提出该领域目前存在的问题以及对未来的展望.

聚合物:有机金属卤化物钙钛矿复合发光器件

以聚氧化乙烯为聚合物添加剂,采用不同比例的甲基溴化铵和溴化铅(Ⅱ)制备了复合材料薄膜,研究了不同比例对薄膜形貌、结晶性、光物理以及电致发光特性的影响,并探讨了复合材料中聚合物添加剂种类和含量对其特性的影响。结果表明,多层结构器件的最大发光效率(6.4cd·A^(-1))比单层结构器件的最大发光效率得到了显著提高。

金属卤化物钙钛矿量子点的制备及其光催化应用研究进展

利用太阳能光催化技术生产清洁燃料、降解污染物及转化高附加值产品,是解决当前能源短缺和环境污染问题的有效途径。随着对金属卤化物钙钛矿的深入研究,成功开发出一系列能够制备出成分和形貌控制精确、产物均匀性好、结晶度高的钙钛矿量子点的合成方法,使钙钛矿量子点应用到光催化领域中。综述了热注入法、配体辅助再沉淀法、溶剂热法、微波辅助法等金属卤化物钙钛矿量子点的合成方法及金属卤化物钙钛矿量子点在光催化析氢、光催化还原二氧化碳、光催化合成有机物以及光催化降解有机物等方面的研究进展,最后对金属卤化物钙钛矿光催化剂的发展前景进行了展望。

非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料研究进展

铅基卤化物钙钛矿发光材料因具有荧光量子产率高、发射光谱窄、发射波长可调等优异性能优势而备受关注。但金属铅的毒性和钙钛矿的稳定性是其未来在显示与照明领域实际应用中需要解决的问题。因此,探索与铅基卤化物钙钛矿光电性质相当、但更绿色环保的非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料是势在必行的趋势。近年来,非铅金属卤化物类钙钛矿发光材料的研究取得了显著进展。本文总结了非铅金属卤化物类钙钛矿材料的晶体结构、制备方法和发光机理。归纳了影响非铅金属卤化物类钙钛矿光电性能的因素,并列举了在光致和电致发光器件领域的应用。最后,就如何进一步提升非铅金属卤化物钙钛矿发光材料的性能做了总结和展望。

零维有机-无机杂化金属卤化物的溶液合成、光物理性质及光电应用

零维(0D)有机-无机杂化金属卤化物作为一种重要的功能材料,由于其优异的发光特性,在照明、显示和X射线闪烁体等领域得到了广泛的关注。在0D有机-无机杂化金属卤化物中,金属卤化物多面体阴离子被有机阳离子包围并完全孤立,形成独特的“主-客体”结构。因此,0D有机-无机杂化金属卤化物通常表现出单个金属卤化物多面体的固有特性。然而,0D有机-无机杂化金属卤化物作为一种新兴的发光材料,除了包含显著的空间限域特征,其还有可调的微观相互作用,因此不同的成分对它们的发光物理机制具有显著的影响。基于此,本文首先介绍了0D有机-无机杂化金属卤化物的溶液合成方法、晶体结构特征和发光物理机制;然后详细分析了0D有机-无机杂化金属卤化物发光物理机制的调控以及光电方面的应用;最后,对0D有机-无机杂化金属卤化物的未来应用和研究进行了总结和展望。

金属卤化物钙钛矿半导体中的自陷激子

在极性晶体中,由于强电子–声子耦合,激发的电子–空穴对可以被晶格畸变产生的形变势场所俘获,形成自陷激子。金属卤化物钙钛矿半导体作为一种离子晶体已经被证实具有高效的自陷激子发光,成为制备新一代高质量白光光源的理想候选材料。然而,对于金属卤化物钙钛矿中自陷激子发光机制的理解仍然较为匮乏,远远落后于器件方面的发展。为此,本文主要从自陷激子的基础物理角度出发,总结了近年来关于金属卤化物钙钛矿半导体中自陷激子的形成条件、形成机制以及相关激发态动力学的研究进展,并对未来基于该体系中自陷激子机理方面的研究做出展望,从而为该体系中自陷激子的研究提供更加清晰的物理图像。

钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池研究进展与展望

钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池是以钙钛矿相有机金属卤化物作为吸光材料的薄膜太阳电池,因制备工艺简单、成本低廉、能量回报周期短以及光电转换效率高等优点而备受科学家的青睐。在钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池研究发展的短短5年时间内,其光电转换效率已从最初的3.8%迅速上升到20%以上,超过了非晶硅、染料敏化、有机太阳电池等新一代薄膜电池历经10多年研究的成果。为了进一步提升效率,以期获得实际应用,钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池的工作机制、新材料、温和制备工艺和稳定性是研究者们最为关注的研究方向。解决这些问题,对钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池今后的发展起着指导和借鉴作用。介绍了钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池的结构及其工作原理,对国内外钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池的研究进行了总结和分析,指出了目前钙钛矿相有机金属卤化物太阳电池研究的不足,并对其未来的研究提出了一些建议。

钙钛矿型有机金属卤化物材料的应用研究进展

近年来,钙钛矿型有机金属卤化物材料受到了国内外研究人员的广泛关注,掀起了研究热潮。钙钛矿型有机金属卤化物材料具有高的光吸收系数、高的载流子迁移率、带隙可调、发光效率高等优异的性能,其独特的光致发光特性和电致发光特性使得其除了应用在光伏领域外,在光电探测器、发光二极管、激光器件等方面也有广阔的应用前景。文章针对纳米结构钙钛矿型材料的制备进行了介绍,对钙钛矿型有机卤化物材料的应用及研究进展进行了详细的阐述,本研究对解决能源危机以及治理环境污染具有一定的指导意义。

纳米金属铁降解有机卤化物的研究进展

有机卤化物是一种毒性强、难生物降解的环境污染物,传统处理技术存在着降解不完全、效率低等不足。纳米技术的发展给有机卤化物的处理带来了一种新的颇具潜力的方法,即应用纳米金属/双金属颗粒对有机卤化物进行脱卤。目前,以Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)等常见原料合成纳米铁颗粒的技术已经成熟,纳米颗粒对有机卤化物也显示出高效的降解性能。更重要的是,其可灵活应用于地下水和土壤的原位和异位修复,尤其适用于原位修复。本文综述了纳米铁颗粒降解有机卤化物的研究进展,包括纳米铁颗粒的合成与修饰,降解效能、降解机理、降解动力学、示范工程等,以及发展前景和今后的研究方向。

双负载双金属催化剂催化有机卤化物水相脱卤研究

通过把起相转移作用的聚乙二醇链固载在硅胶上(ＳｉＯ２－ＰＥＧ ６００),再将聚乙烯吡咯烷酮(ＰＶＰ)络合双金属Ｐｄ－Ｃｕ(ＰＶＰ－ＰｄＣｌ２-ＣｕCｌ２)后负载其上,制成一种新型双负载双金属水相脱卤催化剂ＰＶＰ－ＰｄＣｌ２－ＣｕＣｌ２/ＳｉＯ２－ＰＥＧ ６００．以甲酸钠为氢转移试剂,在水相中催化有机卤化物脱卤,研究结果表明:反应温度为８０℃,Ｐｄ:Ｃｕ＝２:１(摩尔比),反应介质ｐＨ≈１１．７左右时,该催化剂对芳香氯化物及α－氯代酮、酯具有良好的催化脱氯和重复使用性能．

金属有机化合物的分析(Ⅶ)--双环戊二烯基钛、锆、铪二卤化物的紫外光谱规律

以1,2-二氯乙烷为溶剂,室温下在200-800nm波长范围内,测定了62个双(取代环戊二烯基)钛、锆、铪二卤化物的吸收光谱。总结提出了这类化合物的吸收规律,归属了各吸收峰并给予了解释。