从两篇Nature Materials, 看钙钛矿最新发展趋势!
坡肉先生 纳米人 2018-09-12

作为近年来最火爆的明星材料之一,钙钛矿成功吸粉无数。全无机钙钛矿,有机无机杂化钙钛矿,二维和一维等各种钙钛矿材料在光伏/光电/热电等诸多领域引发新一轮的研究热潮。

 

和光伏领域轰轰烈烈的效率记录大战相比,钙钛矿在其他领域的发展似乎更加从容。杨培东教授近日就在Adv. Mater. 发表一篇综述,从晶体结构到纳米材料再到各种典型应用,详尽地阐述了无机钙钛矿里面丰富的化学。而剑桥大学的团队和加拿大多伦多大学的Edward H. Sargent团队也分别在Adv. Mater.综述了钙钛矿的发光机理与性能调控,提出了对现有钙钛矿器件中的发光物理的理解。


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Huang, J., Lai, M., Lin, J. & Yang, P. Rich Chemistry in Inorganic Halide Perovskite Nanostructures. Adv. Mater. 2018


Quan, L. N., García de Arquer, F. P., Sabatini, R. P. & Sargent, E. H. Perovskites for Light Emission. Adv. Mater. 2018


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Stranks, S. D., Hoye, R. L. Z., Di, D., Friend, R. H. & Deschler, F. The Physics of Light Emission in Halide Perovskite Devices. Adv. Mater. 2018.

 

今天,我们主要推荐的是低维度钙钛矿最新发表在Nature Materials上的2篇重要进展,希望对于相关领域的研究人员有所帮助。

 

1. Nature Materials:可调光电子的分子层级二维钙钛矿

 

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第一作者:Kai Leng、Ibrahim Abdelwahab

通讯作者:Kian Ping Loh

通讯单位:新加坡国立大学、新加坡太阳能源研究所、新加坡先进二维材料和石墨烯研究中心

 

研究亮点:

1. 合成厘米级的单晶二维钙钛矿,且成功实现单层钙钛矿的剥离。

2. 详细调查不同层数的二维钙钛矿体相和单层薄膜的性质。

3. 单晶胞厚度二维钙钛矿,通过激光诱导表面弛豫过程,可逆地调控其激发态能级位置。并用Qplus型AFM完成原子级观测。

4. 组装(C4H9NH3)2(CH3NH3)3Pb4I13钙钛矿光电探测器,光倍增系数高达 105,量子效率到34 %。

 

二维层状钙钛矿由多种有机/无机组成量子阱理论上可以剥离出单层或少层。预期这些分子薄层由于界面应变引起的晶格变形增加,相对于块体呈现出独特的性质。有鉴于此,新加坡国立大学Kian Ping Loh课题组合成厘米级的单晶二维层状钙钛矿,并首次实现单层钙钛矿的剥离。同时,观察到激子能量的可逆转移。而且,二维层状钙钛矿3钙钛矿的光电探测器,光倍增系数高达 105,量子效率到34 %

 

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图1从块状二维钙钛矿单晶机械剥离的大尺寸单层

 

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图2体相和单层二维钙钛矿薄片的光学表征

 

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图3 二维钙钛矿单层中的可逆激子态


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图4原位剥离的(C4H9NH3)2(CH3NH3)3Pb4I13片状表面的AFM图像

 

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图5 (C4H9NH3)2(CH3NH3)3Pb4I13钙钛矿光电探测器装置

 

参考文献:

Leng K, et al. Molecularly thin two-dimensional hybrid perovskites with tunable optoelectronic properties due to reversible surface relaxation[J]. Nature Materials, 2018.

DOI: 10.1038/s41563-018-0164-8

https://doi.org/10.1038/s41563-018-0164-8

 

 

2. Nature Materials:成分和取向控制低维度钙钛矿

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第一作者:Rafael Quintero-Bermudez

通讯作者:Edward H. Sargent

通讯单位:加拿大多伦多大学

 

研究亮点:

1. 溶剂化的中层间复合物可以提供RDPs成核的骨架。

2. 发展一种新型RDPs形成的动力学模型,解释阱的尺寸分布。

3. 插层阳离子和溶剂的计量比例决定RDPs的尺寸分布

 

由于其特殊的光捕获和发射特性,低维度金属卤化物钙钛矿(RDPs)引起极大关注。研究者都在试图增加对RDPs如何形成的系统理解。

 

有鉴于此,加拿大多伦多大学Edward H. Sargent课题组首次通过原位X射线散射观察到,在退火过程中层间复合物可以提供RDPs成核的骨架。RDPs晶体和薄膜的瞬态吸收光谱能够识别量子阱厚度的分布。进一步发展RDP形成的动力学模型,解释实验观察到阱的尺寸分布。RDPs的厚度分布(大小超过n=5)主要由插层的阳离子和溶剂的计量比例决定。通过选择嵌入阳离子,溶剂和沉积等策略,开发出一种控制RDPs的分布、组成和晶面取向的新方法。

 

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图1低维度钙钛矿的结构和衍射

 

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图2低维度钙钛矿的超快TA光谱

 

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图3 原位GIWAXS观测低维度钙钛矿的形成动力学


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图4低维度钙钛矿形成的统计模型

 

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图5低维度钙钛矿的晶面取向分析

 

参考文献:

Quintero-Bermudez R, et al. Compositional and orientational control in metal halide perovskites of reduced dimensionality[J]. Nature Materials, 2018.

DOI: 10.1038/s41563-018-0154-x

https://doi.org/10.1038/s41563-018-0154-x

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