1 华中科技大学 武汉光电国家研究中心， 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学 集成电路学院， 湖北 武汉 430074
3 国科大杭州高等研究院 物理与光电工程学院， 浙江 杭州 310024
4 中国科学院 上海光学精密机械研究所， 强场激光物理国家重点实验室， 上海 201800
热蒸发法是实现钙钛矿发光二极管商业化显示应用的可靠技术。然而，热蒸发沉积的钙钛矿薄膜的PLQY经常较低，并且钝化手段不如溶液法丰富。本文报道了一种通过原位共蒸技术将钝化剂引入钙钛矿层的方法，这种方法能够钝化真空沉积钙钛矿中的缺陷，增强辐射复合，并提高钙钛矿的PLQY。氧膦基团与不饱和位点形成配位络合，钝化了钙钛矿的晶界缺陷，并抑制了带尾态缺陷。基于最佳比例的钙钛矿薄膜所制备的LED器件表现出最大6.3%的EQE，最大亮度为35 642 cd/m2。更进一步地，基于全真空的器件制备工艺，获得了最大EQE为5.0%的312 ppi高分辨率PeLEDs。总之，本文为热蒸发PeLEDs的缺陷钝化提供了有用的指导，证明热蒸发PeLEDs在效率和亮度提升方面具有巨大潜力，并具备商业化前景。
钙钛矿发光二极管 热蒸发 缺陷钝化 像素化 perovskite light-emitting diodes thermal evaporation defect passivation patterning
合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院, 测量理论与精密仪器安徽省重点实验室, 合肥 230009
溶液制备的钙钛矿薄膜通常含有大量晶界, 会降低薄膜结晶质量, 导致缺陷复合, 不利于提升器件性能。因此，制备更高结晶质量的薄膜来进一步提升能量转化效率是钙钛矿太阳能电池面临的挑战。液晶分子具有强的自组装能力和形貌调节能力, 本研究引入一种向列型单分子液晶4-氰基-4′-戊基联苯(5CB)作为甲脒铅碘(CH(NH2)2PbI3, FAPbI3)钙钛矿前驱液的添加剂, 可以增大钙钛矿晶粒尺寸, 减少晶界。此外, 5CB的氰基能钝化钙钛矿晶粒表面未配位的Pb2+, 降低缺陷态密度, 从而抑制非辐射复合。经过优化, 添加0.2 mg/mL 5CB的钙钛矿太阳能电池的能量转化效率达到21.27%, 开路电压为1.086 V, 电流密度为24.17 mA/cm2, 填充因子为80.96%。本研究证明使用单分子液晶作为添加剂是提升FAPbI3钙钛矿电池性能的有效策略。
钙钛矿太阳能电池 甲脒铅碘 液晶 4-氰基-4′-戊基联苯 缺陷钝化 perovskite solar cell FAPbI3 liquid crystal 4-cyano-4′-n-pentyl-biphenly defect passivation 光子学报
2023, 52(11): 1116001
1 太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 兴县经开区铝镁新材料研发有限公司，山西 兴县 033600
3 山西浙大新材料与化工研究院，山西 太原 030000
金属卤化物钙钛矿具有高的缺陷容忍度、可调的发光峰位与较窄半峰宽等优异光电特性，在开发高性能发光二极管方面展现出巨大潜力。钙钛矿发光二极管的低成本溶液制备有利于其应用于显示与照明领域的大规模商业化生产，但溶液成膜过程中伴随着有机溶剂的挥发，成膜时易形成缺陷态，不利于高性能器件的实现。在钙钛矿前驱体溶液中引入添加剂是一种简单有效的钙钛矿缺陷钝化策略，其中，路易斯碱被证明是非常有效的添加剂之一。基于此，本文提出在前驱体溶液中引入小分子路易斯碱添加剂（山梨醇）来钝化薄膜缺陷，并制备了钙钛矿发光二极管。研究证明，山梨醇的引入可以明显改善薄膜质量，且山梨醇浓度为0.3 mol·L-1时，制备的器件实现了最佳电致发光性能，如最大外量子效率和亮度分别达到6.71%和7 654 cd·m-2，且器件展现出较好的光谱稳定性与重复性。本工作对改善多晶薄膜成膜质量和提高钙钛矿发光二极管器件方面具有重要意义。
多晶钙钛矿 发光二极管 山梨醇 缺陷钝化 polycrystalline perovskite light-emitting diodes sorbitol defect passivation
1 河北工业大学 材料科学与工程学院，天津 300401
2 吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点联合实验室，吉林 长春 130012
金属卤化物钙钛矿太阳能电池已经能够实现25.7%的认证光电转化效率，接近于晶硅太阳能电池26.7%的最高认证效率。众所周知，ABX3钙钛矿材料的晶体结构组分工程在实现高效和稳定的器件方面发挥着关键作用，尤其是近几年受到研究人员广泛关注的X位卤素阴离子组分工程。最近，研究人员在引入赝卤素阴离子作为钙钛矿晶体的掺杂组分、前驱体添加剂、薄膜后处理材料、电荷传输材料、界面钝化剂以及改性剂等方面开展了多项研究工作，结果证明赝卤素离子修饰是提高器件效率和稳定性的重要策略。本综述详细对比和总结了目前可用于钙钛矿太阳能电池的多种类型的赝卤素离子，并对其影响钙钛矿晶体薄膜形貌、光电特性、载流子迁移特性和器件光伏特性及稳定性等方面的深入机理和作用本质进行了深入总结。同时，本文还对目前尚未被探索开发的赝卤素离子进行了展望和分析，以期在未来研究中能有效促进钙钛矿太阳能电池光伏特性的提升。
赝卤素离子 组分工程 钙钛矿太阳能电池 缺陷钝化 pseudo-halide ions component engineering perovskite solar cells defect passivation
1 太原理工大学 新材料界面科学与工程教育部重点实验室，山西 太原 030024
2 山西浙大新材料与化工研究院，山西 太原 030024
3 兴县经开区铝镁新材料研发有限公司，山西 兴县 033600
金属卤化物钙钛矿发光二极管具有颜色可调、色纯度高、光谱稳定性好等优点，成为近年来的研究热点。溶液加工的多晶薄膜钙钛矿发光二极管制备工艺简单且成本低，但结晶过程中容易形成缺陷，进而影响器件性能。本文提出采用低成本的葡萄糖作为钝化剂，制备多晶薄膜钙钛矿发光二极管，葡萄糖的加入有效抑制了器件中缺陷诱导非辐射复合损失。在葡萄糖浓度为0.2 mol·L-1时，缺陷钝化效果最佳，器件的最大亮度达到11 840 cd·m-2，最大电流效率为7.89 cd·A-1，光谱稳定性及色纯度好，且表现出较好的重复性。本文为多晶薄膜钙钛矿发光二极管中缺陷的钝化提供了简单而有效的方法。
钙钛矿发光 多晶薄膜 葡萄糖 缺陷钝化 perovskite light-emitting polycrystalline thin film glucose defects passivation
大连理工大学 化工学院化学系, 精细化工国家重点实验室, 大连 116024
三维(3D)有机-无机金属卤化物钙钛矿薄膜的表面和晶界处存在大量缺陷, 容易导致载流子的非辐射复合并加快3D钙钛矿分解, 进而影响钙钛矿太阳能电池(PSCs)能量转换效率(PCE)及稳定性。本研究通过引入对氯苄胺阳离子, 与3D钙钛矿薄膜及其表面过剩的碘化铅反应后原位形成了二维(2D)钙钛矿, 实现了对3D钙钛矿薄膜表面和晶界处的缺陷钝化并改善了表面疏水性。基于该策略, 成功制备出具有更高PCE和更好稳定性的2D/3D-PSCs。本工作系统研究了钙钛矿薄膜的结构、形貌和器件的光电特性及稳定性。研究结果表明, 2D/3D-PSCs的PCE高达20.88%, 高于3D-PSCs的18.70%。另外, 2D/3D-PSCs连续工作200 h后(1个太阳光, N2氛围), PCE保持初始值的82%, 展现出优异的稳定性。
钙钛矿太阳能电池 缺陷钝化 2D钙钛矿 3D钙钛矿 稳定性 perovskite solar cells defect passivation 2D perovskite 3D perovskite stability
1 太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室,太原 030024
2 太原理工大学材料科学与工程学院,太原 030024
3 中国科学院可再生能源重点实验室,广州 510640
有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其优异的光电性能和低廉的制备成本,成为目前光伏领域内的研究热点。然而,钙钛矿薄膜表面和晶界处存在大量缺陷,这易于导致载流子非辐射复合,并进而影响太阳能电池的光电转换效率。本工作通过在两步法制备钙钛矿的铅盐前驱液中引入钝化剂乙酰水杨酸(acetylsalicylic acid, ASA),利用吸收/光致发光光谱、扫描电镜和电学测试等技术手段研究了ASA分子对钙钛矿薄膜质量与器件性能的影响。结果表明: 适量的ASA分子可以通过路易斯酸碱相互作用增大钙钛矿晶粒尺寸,并有效降低钙钛矿薄膜的缺陷密度; 当ASA的浓度为2.5 mmol/L时,所制得的钙钛矿电池取得了19.83%的最高光电转换效率,明显高于对照器件的转换效率(17.47%)。本工作首次报道了ASA对钙钛矿薄膜缺陷的良好钝化效果,并为提高钙钛矿太阳能电池性能提供了一种简单有效的制备方法。
钙钛矿太阳能电池 有机-无机杂化 金属卤化物 乙酰水杨酸 缺陷钝化 两步沉积 添加剂 光电转换 perovskite solar cell organic-inorganic hybrid metal halide acetylsalicylic acid defect passivation two-step deposition additive photoelectric conversion
1 福州大学 物理与信息工程学院, 平板显示技术国家地方联合工程实验室, 福建 福州 350108
2 中国福建光电信息科学与技术创新实验室(闽都创新实验室), 福建 福州 350108
量子点由于其优异的光学和电学特性, 在新型光电器件领域是一种极具前景的明星材料。本文通过将核壳CdSe/CdS量子点封装到聚二甲基硅氧烷-聚脲(PDMS-PUa)聚合物基质中制备CdSe/CdS@PDMS-PUa复合材料, 发现了其光致发光强度和荧光量子产率的水致增强现象, 经荧光衰减曲线和漫反射光谱分析, 解释了该现象是来自于水中的H3O+和OH-对量子点表面缺陷的有效钝化, 使得量子点的晶胞更趋于理想化。进一步通过实验发现, 当复合材料从水中取出干燥后, 由于量子点表面缺陷态又重新暴露, 光致发光强度和荧光量子产率又恢复到初始值。受所发现的荧光可逆现象的启发, 本文基于CdSe/CdS@PDMS-PUa复合材料提出了一种具有荧光响应的液体高度传感器, 通过荧光亮度的变化可以判断容器内液体的高度值。这些发现不仅揭示了CdSe/CdS量子点水致荧光可逆特性, 同时拓宽了量子点聚合物复合材料在光电领域的应用, 具有重要的科学意义和应用前景。
CdSe/CdS量子点 水 荧光可逆 缺陷钝化 传感 CdSe/CdS quantum dots polymer water photoluminescence reversibility sensing
