3）1 引 言鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有光電轉(zhuǎn)換效率高（實(shí)驗(yàn)室效率達(dá)到25.7%）[1]、易大面積加工、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)下最具希望替代硅太陽(yáng)能電池的新一代光伏電池[2-9]。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)一般為透明導(dǎo)電玻璃/空穴傳輸層/鈣鈦礦吸收層/電子傳輸層/金屬電極（以反式為例）[10]；在鈣鈦礦薄膜的沉積過(guò)程中，在電子/空穴傳輸層與鈣鈦礦吸收層之間的界面處容易產(chǎn)生缺陷，這些缺陷會(huì)對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能造成不利影響[11-12]。鈣鈦礦吸光層界面處的缺陷主要包

類(lèi)光伏技術(shù)中，鈣鈦礦光伏技術(shù)作為一種新型光伏技術(shù)，因光電轉(zhuǎn)換效率高、材料供應(yīng)充足、成本較低等優(yōu)勢(shì)，成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，也愈發(fā)受到產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，成為最具潛力的下一代光伏技術(shù)之一。近些年，鈣鈦礦光伏技術(shù)得到了快速發(fā)展，鈣鈦礦太陽(yáng)電池的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已突破29%[1]；隨著鈣鈦礦太陽(yáng)電池技術(shù)進(jìn)步，其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也進(jìn)入探索階段。本文基于“雙碳”戰(zhàn)略下的光伏產(chǎn)業(yè)分析，通過(guò)梳理國(guó)內(nèi)外鈣鈦礦光伏技術(shù)的最新研究進(jìn)展，綜合闡述鈣鈦礦材料在光伏發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用，并結(jié)合企業(yè)在

來(lái)，金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光二極管憑借可溶液加工、高載流子遷移率、高熒光量子產(chǎn)率（Photoluminescence quantum yield, PLQY）、光色可調(diào)等優(yōu)勢(shì)[1-5]，在發(fā)光領(lǐng)域受到了極大關(guān)注[6-9]。然而，鉛鹵鈣鈦礦中的鉛離子對(duì)環(huán)境和人體的負(fù)面影響以及較差的穩(wěn)定性限制了其商業(yè)發(fā)展[10-13]。為了降低鈣鈦礦中的鉛含量，人們做出了許多努力開(kāi)發(fā)可替代的低鉛或無(wú)鉛鈣鈦礦，取得了一定進(jìn)展，其中主要進(jìn)展是在鈣鈦礦中用環(huán)保元素代替鉛，如用錫（Sn）

264000)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型光伏器件，其光電轉(zhuǎn)化效率記錄值已超過(guò)25%，與傳統(tǒng)的晶硅、化合物薄膜太陽(yáng)能電池相當(dāng)，表現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力[1?6]。在器件穩(wěn)定性方面，通過(guò)鈣鈦礦元素組成調(diào)控[7?10]、鈣鈦礦相分離抑制11?12]、界面層材料優(yōu)化[13]等策略，得到了令人滿意的工作穩(wěn)定性。然而，鈣鈦礦薄膜表面或晶界處存在的缺陷容易產(chǎn)生載流子陷阱，造成光生載流子的嚴(yán)重復(fù)合，從而導(dǎo)致器件性能下降[14?15]。因此，高效PSC

有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率、簡(jiǎn)單的制備方法和易調(diào)控的物理性能而被廣泛的關(guān)注.自2009年至今，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已從3.8%提高至25.5%[1-2].在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，CH(NH2)2PbI3鈣鈦礦材料的帶隙為1.40 eV，十分接近太陽(yáng)能電池的Shockley-Queisser理論極限1.34 eV，這意味著CH(NH2)2PbI3鈣鈦礦具有較大的光吸收范圍和較強(qiáng)的光電轉(zhuǎn)換效率.并且，得益于CH(NH2)2+

2)金屬鹵化物鈣鈦礦由于其高吸收系數(shù)、長(zhǎng)距離載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度和可調(diào)帶隙,近年來(lái)在太陽(yáng)能電池等光電器件中得到了廣泛應(yīng)用,有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用.甲胺鉛碘 (MAPbI3)作為一種標(biāo)準(zhǔn)的鈣鈦礦化合物組分已得到了充分的研究,然而,濕化學(xué)法制備的多晶薄膜由于其低形成能通常會(huì)產(chǎn)生較多的晶體缺陷 (包含界面和晶界處缺陷),這是導(dǎo)致相變的一個(gè)重要原因,因此降低材料中的缺陷密度是提高鈣鈦礦穩(wěn)定性的一個(gè)重要手段.雖然缺陷鈍化是制備高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池最常用的方法之一,但是分子鈍化基

)有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料因具有可調(diào)節(jié)的帶隙寬度、優(yōu)異的載流子傳輸性能、可低溫溶液法制備等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在光電器件的應(yīng)用研究上受到了廣泛的關(guān)注.對(duì)于平面光電導(dǎo)型探測(cè)器,電荷在兩電極之間需橫穿鈣鈦礦層,由于鈣鈦礦晶體的形成能較低,在晶界和薄膜表面易產(chǎn)生缺陷,光生載流子被缺陷阻擋而加劇激子的非輻射復(fù)合,造成器件光電性能下降.本文通過(guò)在鈣鈦礦界面層下方引入微量的氧化石墨烯納米片作為鈣鈦礦晶體的有效成核點(diǎn),使得鈣鈦礦晶體可依附于氧化石墨烯形核,降低鈣鈦礦晶體成核勢(shì)壘的

池技術(shù)的進(jìn)步，鈣鈦礦材料成第三代光伏材料中，最受矚目的光伏材料。鈣鈦礦光伏技術(shù)因其光電轉(zhuǎn)換效率高、材料供應(yīng)充足、成本較低等優(yōu)勢(shì)，成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，也愈發(fā)受到產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，成為最具潛力的下一代光伏技術(shù)之一。近些年，鈣鈦礦光伏技術(shù)得到了快速發(fā)展，光電轉(zhuǎn)換效率已突破29%。隨著技術(shù)的進(jìn)步，鈣鈦礦光伏的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也隨之加速，已實(shí)現(xiàn)了百兆瓦級(jí)組件產(chǎn)線的投產(chǎn)。1 鈣鈦礦光伏技術(shù)概述1.1 鈣鈦礦材料鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)為ABX3，例如 CaTiO3，其中A和B是兩種不

）CsPbX3鈣鈦礦半導(dǎo)體由于其高光吸收系數(shù)[1]、可見(jiàn)光范圍內(nèi)的可調(diào)發(fā)射光[2]、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度[3]和相對(duì)良好的缺陷容忍率[4]，可用作高量子產(chǎn)率發(fā)光器件中的高效熒光粉[5]。為了獲得覆蓋可見(jiàn)光譜范圍的光發(fā)射[6]，可以通過(guò)離子交換或在宿主納米晶（NCs）中引入客體過(guò)渡金屬離子來(lái)調(diào)整鈣鈦礦NCs 元素組成和晶體排列，這導(dǎo)致宿主NCs 的光學(xué)、電子和磁性特性發(fā)生改變[7]。De 等[8]表明當(dāng)CsPbCl3中摻雜的Mn2+摩爾分?jǐn)?shù)在1%～15.5%之間

太陽(yáng)能電池以及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究較多。在最新的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)的轉(zhuǎn)化效率可達(dá)到22.7%。鈣鈦礦電池?zé)o需利用電場(chǎng)產(chǎn)生電流，成本較低，工藝流程簡(jiǎn)單，易于封裝并可規(guī)模化生產(chǎn)。1 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池近年來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)研究發(fā)展迅速[2]，韓國(guó)KRICT研究所2014年研制的鈣鈦礦電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了17.9%[3]。目前，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池認(rèn)證轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到了28%[4]，超過(guò)了晶硅電池的26.7%。本文針對(duì)可印刷的介觀鈣鈦礦太

，有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦因具有柔性晶體結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度、高介電常數(shù)、易被調(diào)諧的帶隙、高光發(fā)射/吸收系數(shù)和強(qiáng)自旋軌道耦合等獨(dú)特性能[1-5]，引起學(xué)者廣泛關(guān)注，在光電探測(cè)、太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、信息存儲(chǔ)和傳感等實(shí)際應(yīng)用方面表現(xiàn)出巨大潛力[6-12]。為獲得高性能的雜化鈣鈦礦，前驅(qū)體的制備也引起學(xué)者的廣泛關(guān)注[8,13-14]。另外，隨著二維材料的崛起，二維雜化鈣鈦礦成為研究熱點(diǎn)。與三維雜化鈣鈦礦相比，二維雜化鈣鈦礦由于其特殊的晶格結(jié)構(gòu)，在環(huán)境中物理特性更

究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在鈣鈦礦材料中引入少量氯化銣（RbCl），可將常見(jiàn)的引起鈣鈦礦不穩(wěn)定的二次相PbI2轉(zhuǎn)化成為全新的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好的（PbI2）2RbCl（簡(jiǎn)稱(chēng)PIRC）。該研究實(shí)現(xiàn)了85攝氏度條件下鈣鈦礦材料熱穩(wěn)定性大幅度提升，同時(shí)鈣鈦礦材料的離子遷移勢(shì)壘提高了3倍，離子遷移得到有效抑制。

胺的2D/3D鈣鈦礦太陽(yáng)能電池楊新月, 董慶順, 趙偉冬, 史彥濤(大連理工大學(xué) 化工學(xué)院化學(xué)系, 精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 大連 116024)三維(3D)有機(jī)–無(wú)機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜的表面和晶界處存在大量缺陷, 容易導(dǎo)致載流子的非輻射復(fù)合并加快3D鈣鈦礦分解, 進(jìn)而影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)及穩(wěn)定性。本研究通過(guò)引入對(duì)氯芐胺陽(yáng)離子, 與3D鈣鈦礦薄膜及其表面過(guò)剩的碘化鉛反應(yīng)后原位形成了二維(2D)鈣鈦礦, 實(shí)現(xiàn)了對(duì)3D鈣鈦礦

IBr2 無(wú)機(jī)鈣鈦礦被認(rèn)為是一種較有前景的太陽(yáng)能電池光吸收材料.但是目前報(bào)道的CsPbIBr2 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率還偏低,主要原因是制備的CsPbIBr2 鈣鈦礦膜質(zhì)量差、缺陷多.本文通過(guò)將醋酸纖維素(CA)加入CsPbIBr2 鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中改善CsPbIBr2 鈣鈦礦結(jié)晶過(guò)程,從而制備高質(zhì)量的CsPbIBr2 鈣鈦礦膜.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,CA 中的C=O 基團(tuán)與前驅(qū)體溶液中的Pb2+間存在明顯的相互作用,這種相互作用結(jié)合CA 加入引起的前驅(qū)體溶液粘度

采用溶液法制備鈣鈦礦太陽(yáng)電池取得很大進(jìn)展，小面積鈣鈦礦太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換效率已達(dá)25.5%。然而，溶液法制備技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)大面積均勻制備、高通量連續(xù)生產(chǎn)，并且溶液法制備技術(shù)會(huì)造成鈣鈦礦電池中存在溶劑殘留，進(jìn)而影響鈣鈦礦太陽(yáng)電池的穩(wěn)定性。中科院大連化學(xué)物理研究所研究員劉生忠團(tuán)隊(duì)與陜西師范大學(xué)副研究員馮江山團(tuán)隊(duì)合作，在大面積鈣鈦礦太陽(yáng)電池研究方面取得新進(jìn)展。他們采取真空交替沉積技術(shù)并結(jié)合低真空低溫退火策略，有效調(diào)控鈣鈦礦薄膜的形核和晶粒生長(zhǎng)，在400 cm2剛性和30

510006鈣鈦礦材料具有吸收強(qiáng)、遷移率高、載流子壽命長(zhǎng)和可低成本溶液加工等潛在優(yōu)勢(shì)，成為太陽(yáng)能利用領(lǐng)域的重要研究方向.目前，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率最高可達(dá)25.2%[1]，表現(xiàn)出應(yīng)用潛力.然而，若想真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，提高穩(wěn)定性是關(guān)鍵之一.相比于有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料[2-3]，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料由于其優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性[4-5]，逐漸受到研究者們的青睞.對(duì)于銫基全無(wú)機(jī)鈣鈦礦體系，CsPbI3具有非常窄的帶隙1.73 eV，但在空氣中相穩(wěn)定性差[6-9]；而Cs

0072)錫鉛鈣鈦礦太陽(yáng)電池已被證明可以用于全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)電池中， 作為窄帶隙底電池進(jìn)一步提高器件光電轉(zhuǎn)換效率.目前， P-I-N型錫鉛鈣鈦礦太陽(yáng)電池的最高效率為21.7%， 明顯低于鉛基鈣鈦礦太陽(yáng)電池.本文分析了限制其性能提高的主要因素， 并針對(duì)性地總結(jié)了近幾年研究工作者們提出的有效解決策略， 主要包括: 1)通過(guò)添加富錫化合物、強(qiáng)還原劑或含大的有機(jī)陽(yáng)離子的化合物以抑制Sn2+氧化， 減少錫鉛鈣鈦礦材料p型摻雜程度， 降低電池開(kāi)路電壓損耗; 2)通過(guò)調(diào)

點(diǎn)。而金屬鹵化鈣鈦礦(以下稱(chēng)鈣鈦礦)材料具有發(fā)光光譜連續(xù)可調(diào)，發(fā)光峰窄，高載流子遷移率，高熒光量子產(chǎn)率(PLQY)，柔性，可溶液加工以及可大面積制備等特點(diǎn)，為滿足上述要求提供了可能。與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)發(fā)光二極管(LED)相比，鈣鈦礦LED的主要優(yōu)勢(shì)在于其優(yōu)秀的光譜可調(diào)性，柔性以及可溶液加工性，通過(guò)簡(jiǎn)單的組分工程即可實(shí)現(xiàn)發(fā)射光譜從近紫外區(qū)域(～400 nm)到近紅外區(qū)域(～1050 nm)的大范圍移動(dòng)。而與有機(jī)LED相比，鈣鈦礦LED則具有發(fā)光光譜半峰寬窄，色純度

有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)電池發(fā)展迅猛，實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到25.2%1，直追硅基太陽(yáng)電池，被人們寄予厚望。盡管鈣鈦礦太陽(yáng)電池在光電轉(zhuǎn)化效率方面展現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，鈣鈦礦吸光材料易與電子傳輸層(例如TiO2，SnO2，ZnO，[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester等)2–8和空穴傳輸層(例如spiro-OMeTAD，PTAA，NiOx等)9–12發(fā)生光催化反應(yīng)和元素

. 金屬鹵化物鈣鈦礦［ABX3，A 為CH3NH（+3MA）、HC（NH2）（+2FA）或銫離子，B 為二價(jià)金屬離子，X為鹵素離子］作為一種新型的半導(dǎo)體材料，因具有優(yōu)異的光電性能而使其在LED應(yīng)用方面的研究近年來(lái)開(kāi)始受到關(guān)注［2，3］. 金屬鹵化物鈣鈦礦在LED應(yīng)用方面的優(yōu)點(diǎn)包括：（1）獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)提供了直接且可調(diào)節(jié)的帶隙，具有相對(duì)小且平衡的電子/空穴有效質(zhì)量且缺陷容忍度高（如占主導(dǎo)地位的缺陷不會(huì)造成根本上的非輻射復(fù)合）［4］；（2）可以通過(guò)有機(jī)和無(wú)機(jī)組

無(wú)機(jī)雜化鹵化鉛鈣鈦礦由于其優(yōu)異的光吸收性能、載流子遷移率和使用壽命，已成為一類(lèi)極具應(yīng)用前景的光電材料，光電轉(zhuǎn)化效率(PCE)從3.8 %快速提高到25.5 %[1]．然而，由于有機(jī)陽(yáng)離子(MA+，F(xiàn)A+等)的揮發(fā)性，雜化鈣鈦礦的熱、光、濕穩(wěn)定性較差，嚴(yán)重阻礙了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)進(jìn)展[3]．目前看來(lái)，用無(wú)機(jī)元素銫(Cs)取代有機(jī)成分來(lái)解決濕、熱不穩(wěn)定是最好的選擇．最近，全無(wú)機(jī)銫鹵化鉛鈣鈦礦(CsPbX3，X=Cl，Br，I)(PSCs)由于合適的帶隙，優(yōu)

言金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有帶隙可調(diào)、半峰寬窄、載流子遷移率高和熒光量子效率高等優(yōu)異光電性質(zhì)，作為發(fā)光層制備的鈣鈦礦發(fā)光二極管(PeLEDs)具有色純度高、亮度高和色域廣等優(yōu)點(diǎn)，在照明和顯示領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力[1-3]。通過(guò)對(duì)鈣鈦礦薄膜組分和器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，綠光[4-5]和紅光[6-7]PeLEDs的最高外量子效率(EQE)均已超過(guò)了20%，極大地縮短了與有機(jī)發(fā)光二極管(OLEDs)的差距；藍(lán)光PeLEDs因材料穩(wěn)定性差、深能級(jí)陷阱多和電荷注入困難等

了第一個(gè)準(zhǔn)二維鈣鈦礦LED，但因?yàn)?span id="syggg00" class="hl">鈣鈦礦內(nèi)部很強(qiáng)的激子-聲子耦合作用，所以該器件只能在低溫下制備和點(diǎn)亮[9]，鈣鈦礦LED的發(fā)展因此低迷了很久。2014年，Ten等人制備了第一個(gè)可以在室溫下點(diǎn)亮的有機(jī)鹵化物鈣鈦礦LED，但也因?yàn)槠漭^差的成膜性以及高比例的缺陷態(tài)非輻射復(fù)合效應(yīng)導(dǎo)致其EQE只有0.76%[10]。此后，大量方法應(yīng)用于提高鈣鈦礦LED效率，比如制備具有量子限域效應(yīng)和能級(jí)漏斗效用的準(zhǔn)二維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，使用有機(jī)物鈍化鈣鈦礦晶體以提高激子束縛能，或在旋涂

09年ABX3鈣鈦礦晶型的甲胺鉛鹵CH3NH3PbX3(X = I、Br、Cl)鈣鈦礦材料首次應(yīng)用于太陽(yáng)能電池，但初始報(bào)道效率低、穩(wěn)定性差。2012年后，可溶液法制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池憑借其吸光系數(shù)高、激子結(jié)合能低等優(yōu)點(diǎn)，迅速表現(xiàn)出低成本和高效率的突出優(yōu)勢(shì)，并在光電器件等交叉領(lǐng)域具有很強(qiáng)的應(yīng)用潛力。因此，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池被Science雜志評(píng)為2013年度國(guó)際十大科技進(jìn)展，是化學(xué)和材料領(lǐng)域特別是光伏領(lǐng)域新興的變革性技術(shù)之一。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池材料與器件的發(fā)展

1 引 言由于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（Perovskite Solar Cells, PSCs）加工成本低，光電轉(zhuǎn)換效率（Power Conversion Efficiency, PCE）高，已成為最有前途的光伏技術(shù)之一[1]。三維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)通式為AMX3，每個(gè)A 離子被一個(gè)由M 和X 離子組成的八面體[MX6]4?所包圍，一個(gè)個(gè)八面體晶胞[MX6]4?緊密排列組合成為三維鈣鈦礦晶體，其中A 位通常為有機(jī)陽(yáng)離子或Cs+離子，M 位通常為Pb2+或Sn2+離子，X

000）與傳統(tǒng)鈣鈦礦相比，2D 鈣鈦礦具有綠色、成本低的優(yōu)勢(shì)，但是，2D 鈣鈦礦薄膜在使用中，電荷注入的效率低[1]，泄漏電流高[2]，非輻射損耗大[3]，激子結(jié)合能的使用壽命低[4]。為了克服這些困難，2D 鈣鈦礦材料作為發(fā)光層的平臺(tái)，則具備較多的優(yōu)點(diǎn)，如高PLQY 和高激發(fā)子結(jié)合能、量子尺寸效應(yīng)、高結(jié)晶度、均勻的形態(tài)、可調(diào)節(jié)的光學(xué)和電子特性等[5]。本文系統(tǒng)總結(jié)了2D 鈣鈦礦的制備及改進(jìn)方法，以及其在LED 中的應(yīng)用。如圖1 所示，R2(A)n-1mn

言有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦由于其良好的光電性能,被廣泛應(yīng)用于光電子及微電子領(lǐng)域[1?4].基于三維鹵化鈣鈦礦的薄膜晶體管(TFT)兼?zhèn)淞藷o(wú)機(jī)TFT高的載流子遷移率與有機(jī)TFT制備工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn),成為目前研究熱點(diǎn)[5?7].2007年,Chiarella等[8]制備了CH3NH3SnBr3基鈣鈦礦薄膜晶體管,初步得到10–5cm2/(V·s)的場(chǎng)效應(yīng)遷移率.2015年,Li等[9]采用溶液法制備了基于CH3NH3PbI3的光電晶體管,電子和空穴遷移率分別為0.18

機(jī)-無(wú)機(jī)雜化的鈣鈦礦(ABX3)作為新一代半導(dǎo)體材料出現(xiàn)在人們視野中, 它具有較低的缺陷態(tài)密度、帶隙可調(diào)、光吸收系數(shù)較高、載流子遷移距離較長(zhǎng)等特點(diǎn)[1,2], 廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)電池[3,4]、光電探測(cè)器[5,6]、發(fā)光二極管[3,7,8]、晶體管[9?11]、激光器[3,12]等光電器件中. 將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換器件具有3 種典型的工作模式, 即光電導(dǎo)、光伏與晶體管. 在光伏工作模式下, 鈣鈦礦光電轉(zhuǎn)換器件通常具有垂直結(jié)構(gòu), 包含了吸光的鈣鈦礦層、

年的快速發(fā)展，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其廉價(jià)的成本和簡(jiǎn)單的制作工藝以及高光電轉(zhuǎn)化效率，成為當(dāng)前納米技術(shù)和光電轉(zhuǎn)換材料研究的熱點(diǎn)之一，是最有希望取代傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池的新型太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換材料.鈣鈦礦電池主要經(jīng)過(guò)了以下幾個(gè)發(fā)展歷程，2009年，日本Kojima等率先將MAPbI3和MAPbBr3應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能電池，獲得了3.8%的光電轉(zhuǎn)換效率[1].隨后，大量的工作開(kāi)始圍繞鈣鈦礦太陽(yáng)能電池展開(kāi)，研究人員從基礎(chǔ)研究[2]、界面工程[3]、制備工藝[4]和材料[5]等方

得益于金屬鹵化鈣鈦礦(以下簡(jiǎn)稱(chēng)鈣鈦礦)優(yōu)異的光電性質(zhì),如高的吸收系數(shù)、長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度與高的缺陷容忍度等[1?4],該類(lèi)材料在太陽(yáng)電池、光電探測(cè)器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等一系列光電應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大的潛力,吸引了學(xué)界的高度關(guān)注[5?7].更為特別的是,由于鈣鈦礦材料具有發(fā)光顏色連續(xù)可調(diào)、發(fā)光峰窄、熒光量子效率高(photoluminescence quantum yield,PLQY)、可溶液加工以及可柔性化制備等性質(zhì),已經(jīng)成功地作為發(fā)光層被應(yīng)用到LED器件當(dāng)中,

言金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有熒光量子效率高(PLQE)、色純度高、帶隙易調(diào)等優(yōu)點(diǎn),在發(fā)光與顯示領(lǐng)域展示了很好的應(yīng)用前景[1–3].早在1994年,Saito課題組就曾采用二維結(jié)構(gòu)的(C6H5C2H4NH3)2PbI4鈣鈦礦材料制備了發(fā)光二極管(LED)器件[4],但是二維鈣鈦礦在室溫下激子易猝滅導(dǎo)致器件需要在液氮條件下才能實(shí)現(xiàn)發(fā)光[5].2014年,Tan等[2]報(bào)道了室溫條件下工作的三維鈣鈦礦發(fā)光器件.雖然當(dāng)時(shí)外量子效率(EQE)不足1%,但是隨著對(duì)鈣鈦

言有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于高效、低成本的優(yōu)點(diǎn)，具有很好的發(fā)展?jié)摿?，已?jīng)成為太陽(yáng)電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[1-2]。自2009年首次報(bào)道以來(lái)，從光電轉(zhuǎn)換效率3.8%[3]提升至目前超過(guò)23%[4]。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能得到飛速提高，這得益于鈣鈦礦材料優(yōu)異的光電特性。在有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料中，CH3NH3PbI3(MAPbI3)由于具有高的載流子遷移率、低的激子束縛能、寬的吸收光譜和高的吸收系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)[5-6]，成為鈣鈦礦太陽(yáng)電池研究重點(diǎn)。MAPbI3鈣

無(wú)機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料由于其帶隙可調(diào)、光吸收系數(shù)高和載流子擴(kuò)散距離長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì),其作為光吸收層應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)電池中表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能[1-5].另外,鈣鈦礦材料有著很高的色純和超高的光致發(fā)光量子產(chǎn)率(PLQY),溶液中的納米晶PLQY超過(guò)90%,這為基于該材料的發(fā)光二極管帶來(lái)了希望[6].鈣鈦礦發(fā)光二極管(PeLEDs)在20世紀(jì)末首次被證實(shí),但是它們的電致發(fā)光僅在液氮環(huán)境下才能被觀察到[7].2014年9月,Tan等[8]在室溫下制備了基于三維鈣鈦礦材料

引 言近年來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以其制備簡(jiǎn)單、成本低、載流子壽命長(zhǎng)、遷移率高等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，引起了廣泛關(guān)注，并取得了快速發(fā)展。通過(guò)不斷優(yōu)化，其能量轉(zhuǎn)換效率已達(dá)23.3%[3-4]。鈣鈦礦薄膜的晶粒尺寸、結(jié)晶特性、缺陷態(tài)濃度等是影響薄膜光電特性的重要因素[5-6]，直接決定所制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能優(yōu)劣。在鈣鈦礦薄膜制備過(guò)程中，受前驅(qū)體組分、退火溫度等因素的影響，所制備薄膜會(huì)包含大量PbI2缺陷[7-8]。這些缺陷存在于薄膜的晶界及表面，會(huì)成為光生載流子的

來(lái),金屬鹵化物鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池備受關(guān)注,并迅速發(fā)展[3,4],基于它具有直接帶隙[5]、高的消光系數(shù)[2,6]、高的載流子遷移率[7]、小的激子結(jié)合能[8]、長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度[9,10]等諸多優(yōu)點(diǎn),鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在短短的8年內(nèi),電池效率從3.8%[11]增加到23.3%[12?14].隨著電池效率的不斷提高,研究人員開(kāi)始對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池進(jìn)行深入的探索.鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在光伏中具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值,然而使用昂貴的金屬電極作為對(duì)電極,不僅成本高,而且

田 輝 熊 啟 劉 鵬 張 京 韓 磊 張宇豪 鄭永進(jìn) 吳立爽 諸躍進(jìn)(寧波大學(xué)理學(xué)院，微電子科學(xué)與工程系，寧波 315211)In the pastseveralyears,organic-inorganic perovskite solar cells have become one of the most studied cells for their high efficiency,low fabrication cost and easy sol

來(lái)，有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦雜合物太陽(yáng)電池（perovskite solar cells, PSCs）成為了光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦的分子結(jié)構(gòu)為ABX3，A一般是 +1價(jià)的有機(jī)胺離子，如CH3NH3+（MA+），B是+2價(jià)的金屬離子，通常為Pb2+，X是鹵素離子（如I-、Br-等）[1]。由于其具有合適的帶隙寬度以及良好的載流子傳輸性能，非常適合作為太陽(yáng)能電池的光吸收層。2009年，MIYASAKA首次使用CH3NH3PbI3(MAPbI3) 作為

鈣鈦礦電池是下一代太陽(yáng)能電池中最具競(jìng)爭(zhēng)力者，而劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)只要透過(guò)添加碘化鉀，就能再提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率達(dá)21.5%，將更多陽(yáng)光轉(zhuǎn)為電力。研究人員這樣描述：碘化鉀“治愈”了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池僵化的離子行為，這缺陷已限制便宜的鈣鈦礦電池提升效率多年。在新實(shí)驗(yàn)里，研究人員于墨水中添加碘化鉀，等墨水干掉就會(huì)留下化學(xué)組成改變的鈣鈦礦層薄膜?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，碘化鉀于鈣鈦礦層頂部形成的“裝飾層”可以“愈合”陷阱，讓電子更自由移動(dòng)并固定離子運(yùn)動(dòng)，使材料擁有穩(wěn)定能

。目前高性能的鈣鈦礦光電探測(cè)器大多基于含鉛鈣鈦礦。然而其中含有的重金屬元素鉛對(duì)環(huán)境和人類(lèi)會(huì)造成危害，限制了其商業(yè)化應(yīng)用。目前已有報(bào)道的非鉛鈣鈦礦光電探測(cè)器性能要遠(yuǎn)低于含鉛鈣鈦礦光電探測(cè)器，因此制備高性能非鉛鈣鈦礦光電探測(cè)器成為當(dāng)下研究熱點(diǎn)?！段锢砘瘜W(xué)快報(bào)雜志》發(fā)表了大連化學(xué)物理研究所研究員韓克利團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)研究成果，他們采用溶液法制備了一種基于非鉛鈣鈦礦的高靈敏度光電探測(cè)器。研究人員成功合成了一種含銻（Sb3+）元素的鈣鈦礦單晶。研究表明，該單晶具有載流子壽

吳 凱?高效鈣鈦礦缺陷態(tài)鈍化材料及其鈍化機(jī)理吳 凱(北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，北京 100871)有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有可調(diào)的直接帶隙、高摩爾吸光系數(shù)和高載流子遷移率等優(yōu)異的光電性質(zhì)1?；谠擃?lèi)鈣鈦礦材料的太陽(yáng)能電池經(jīng)過(guò)短短幾年的發(fā)展，其能量轉(zhuǎn)換效率幾乎能夠和傳統(tǒng)晶體硅太陽(yáng)能電池的效率相媲美2。因此，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池被研究者們寄予厚望。在電池制備過(guò)程中所形成的鈣鈦礦多晶薄膜往往具有大量的晶界，處于晶界中配位不飽和的鹵離子和金屬離子會(huì)誘導(dǎo)缺陷態(tài)的形成

研制出高轉(zhuǎn)化率鈣鈦礦太陽(yáng)能電池組件杭州纖納光電科技有限公司的研究人員通過(guò)新型材料研發(fā)和工藝創(chuàng)新，使鈣鈦礦太陽(yáng)能電池大面積組件的轉(zhuǎn)化效率提升至16%，創(chuàng)造了目前鈣鈦礦太陽(yáng)能電池組件轉(zhuǎn)化率的最高紀(jì)錄。據(jù)介紹，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池組件由若干個(gè)小型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池經(jīng)復(fù)雜工藝連接而成，高轉(zhuǎn)換率和可靠工藝是實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵因素。研究人員通過(guò)新型界面材料的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)工藝的創(chuàng)新，研發(fā)出了具有高可靠性的鈣鈦礦印刷工藝，使鈣鈦礦組件的生產(chǎn)過(guò)程更加快速、連續(xù)、可控，并采用

士開(kāi)發(fā)出高效率鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池低成本制造技術(shù)瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員開(kāi)發(fā)出了能夠以大幅低于以往的成本制造轉(zhuǎn)換效率高達(dá)20.2%的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的技術(shù)。據(jù)了解，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的原型是由二氧化鈦和染料等構(gòu)成的染料敏化型太陽(yáng)能電池。其區(qū)別是，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池使用鈣鈦礦材料而非“染料”，其空穴輸送（HTL）材料不使用碘溶液，大多使用Spiro-OMeTAD等特殊材料。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中使用的鈣鈦礦材料由鉛和有機(jī)材料構(gòu)成，比較便宜，而HTL材料價(jià)格高昂，

得突破性進(jìn)展。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有原料來(lái)源豐富、廉價(jià)，制作技術(shù)簡(jiǎn)單，效率高等優(yōu)點(diǎn)，但其廣泛應(yīng)用還需解決連續(xù)、致密、高質(zhì)量的鉛鹵鈣鈦礦薄膜層的制備等問(wèn)題。上海交大的研究人員創(chuàng)造性地將CH3NH3Cl作為形貌控制劑，在改變旋涂鈣鈦礦晶體生長(zhǎng)狀態(tài)的同時(shí)還可調(diào)整鈣鈦礦膜的形貌，克服了常規(guī)一步法鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過(guò)程對(duì)溫度、濕度要求苛刻且耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，消除了兩步法前驅(qū)體中殘留碘化鉛等物質(zhì)對(duì)電池效率的不良影響，制備出了光滑、致密的鈣鈦礦層。制備的混合型鉛鹵鈣鈦礦CH3NH

研制出了環(huán)保型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池.其采用錫鈣鈦礦代替鉛鈣鈦礦作為捕獲太陽(yáng)光的設(shè)備.傳統(tǒng)硅晶太陽(yáng)能電池板因原材料硅土昂貴，在制造過(guò)程會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的鉛污染.許多研發(fā)人員近年轉(zhuǎn)而研發(fā)鈣鈦礦太陽(yáng)能板，結(jié)果光電轉(zhuǎn)化效能兩年內(nèi)從3%提高至16%，形成重大的科研突破，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因此被稱(chēng)為太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的“明日之星”.新型太陽(yáng)能電池使用了鈣鈦礦結(jié)構(gòu)（CaTiO3化合物）作為吸光材料，只不過(guò)用錫代替鉛.科學(xué)家們表示，鉛鈣鈦礦的光電轉(zhuǎn)化效率已達(dá)15%，鑒于錫和鉛屬同族元素，

一種鈣鈦礦/多糖復(fù)合光催化劑降解甲基橙的方法該專(zhuān)利涉及一種鈣鈦礦/多糖復(fù)合光催化劑降解甲基橙的方法。先利用La，Cu，F(xiàn)e的硝酸鹽制備鈣鈦礦，然后將鈣鈦礦和殼聚糖加入到醋酸溶液中，超聲處理，干燥成膜，得到鈣鈦礦/殼聚糖復(fù)合光催化材料；或是將木聚糖加入到蒸餾水中，再加入次磷酸鈉和檸檬酸溶液，并添加所述鈣鈦礦，超聲處理，脫水，交聯(lián)成膜，隨后用乙醇洗滌，得到鈣鈦礦/木聚糖復(fù)合光催化材料；將所述復(fù)合光催化材料加入甲基橙溶液中，分別在紫外光照射常溫下反應(yīng)470～49