Nature系列6篇,潘建伟、黄维、王建浦、游剑、张涛等成果速递丨顶刊日报20190812
纳米人 纳米人 2019-08-12
1. Nature Energy: 19.9%效率!高效超薄GaAs太阳能电池

传统的光伏器件目前由相对厚的半导体层制成,对于硅为~150 μm,对于CuInGaSe,CdTe或III-V直接带隙半导体为2-4μm。超薄太阳能电池可以大大节省材料和处理时间。理论模型表明光捕获可以补偿减少的单程吸收,但光学和电学损失极大地限制了其性能。

 

巴黎萨克莱大学Stéphane Collin提出了一种基于平面有源层中多谐振吸收的策略,开发了一种205 nm厚的GaAs太阳能电池,其认证效率为19.9%。它使用通过软纳米压印光刻制造的纳米结构银背镜。利用光栅引起的多个重叠共振实现宽带光捕获。对整个太阳能电池架构进行全面的光学和电气分析,为进一步改进提供了途径,并表明25%的效率是是可以实现的。


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A19.9%-efficient ultrathin solar cell based on a 205-nm-thick GaAs absorber anda silver nanostructured back mirror, Nature Energy (2019)

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0434-y

 

2. Nat. Photon.:从极化微腔走向最佳单光子源

一个最佳的单光子源应该确定地一次只能传送一个光子,而不需要在光源的效率和光子不可区分之间进行权衡。然而,所有报道的无法区分单光子的固态光源都必须依赖于偏振滤波,这将效率降低了50%,从根本上限制了光子量子技术的缩放。

 

近日,中国科学技术大学Chao-Yang LuJian-Wei Pan通过确定性地耦合到偏振选择性Purcell微腔的相干驱动量子点来克服这一长期挑战。研究人员设计偏振正交激发收集方案以最小化共振激发下的偏振滤波损耗。极化单光子效率为0.60±0.02(0.56±0.02),单光子纯度为0.975±0.005(0.991±0.003),微柱(布拉格光栅)的不可区分性为0.975±0.006(0.951±0.005) )。该工作为真正优化的单光子源提供了有前途的解决方案,同时结合了近一致的不可区分性和近乎统一的系统效率。


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Wang, H. Lu, C.-Y. Pan, J.-W.et al. Towards optimal single-photon sources from polarized microcavities.Nat. Photon. 2019.

DOI: 10.1038/s41566-019-0494-3

https://www.nature.com/articles/s41566-019-0494-3

 

3. Nat. Commun.: 具有高能量转换效率、稳定且明亮的甲脒基钙钛矿发光二极管

可溶液加工的钙钛矿显示出高发射性和良好的电荷传输性,使其对具有高能量转换效率的低成本发光二极管(LED)具有吸引力。尽管器件的效率得到了很大的提高,但钙钛矿LED的稳定性仍然是一个主要障碍。近日,南京工业大学黄维院士王建浦教授通过优化甲脒碘化铅薄膜,制备了具有高能量转换效率的稳定且明亮的钙钛矿LED。

 

该LED显示出10.7%的能量转换效率,并且通过控制前体溶液的浓度,外部量子效率为14.2%而没有外耦合增强。该器件在300 mA cm-2的电流密度下显示出低效率滚降,即8.3%的能量转换效率和14.0%的外部量子效率,使该器件比在高电流密度的最先进的有机和量子点LED更高效。此外,在100mA cm-2的电流密度下,具有苄胺处理的器件的半衰期为23.7小时,与近红外有机LED的寿命相当。


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Miao, Y. Huang, W. Wang, J. etal. Stable and bright formamidinium-based perovskite light-emitting diodes withhigh energy conversion efficiency. Nat. Commun. 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-11567-1

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11567-1

 

4. Nat. Commun.: 锂氧电池中有机碘化物还原脱乙基形成负极界面层

在锂氧电池中,氧化还原媒介作为一种可溶性催化剂可以通过为Li2O2的形成提供足够的固液界面接触来降低充电过电势。然而,氧化还原媒介的存在常常会引入一些不必要的副反应,最典型的就是所谓的穿梭效应既能够导致氧化还原媒介的损失又会造成能量效率下降。

 

在本文中,上海硅酸盐研究所Tao Zhang等将三乙基碘化硫作为一种双功能添加剂应用在锂氧电池中。这种有机化合物既能够充当氧化还原媒介又能够用作SEI膜成膜添加剂。在充电过程中,有机碘化物与无机碘化物表现出类似的过氧化锂氧化能力。同时,这种有机碘在负极表面通过还原脱乙基以及后续的氧化过程形成一层保护层。这层保护膜一方面能够抑制金属锂与氧化还原媒介的反应,另一方面能够传导离子抑制枝晶生长。


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XiaopingZhang, Tao Zhang et al, Anode interfacial layer formation via reductive ethyldetaching of organic iodide in lithium–oxygen batteries, Nature Communications, 2019

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11544-8

 

5. Nat. Commun.: 靶向内质网的光动力/光热治疗可增强免疫原性癌细胞的死亡率

与免疫原性细胞死亡(ICD)相关的免疫原性可通过内质网(ER)应激产生的活性氧(ROS)诱发产生。浙江大学游剑教授团队提出了一种双靶向ER的策略来将光动力治疗(PDT)、光热治疗(PTT)和免疫治疗进行结合。该纳米系统由可靶向ER的pardaxin (FAL)肽修饰的、吲哚菁绿(ICG)共轭的中空金纳米球(FAL-ICG-HAuNS)和用于改善乏氧的载氧血红蛋白(Hb)脂质体(FAL-Hb lipo)组成。

 

与非靶向纳米系统相比,该靶向ER的纳米材料可以在近红外(NIR)光的照射下在细胞表面诱导产生ER应激和钙网蛋白(CRT)的暴露。而CRT是ICD的标记物,它可作为一种“吃我”的信号去刺激树突状细胞发挥抗原递呈的功能。因此,一系列的免疫反应会被激活,包括CD8T细胞的增殖和细胞毒性因子的分泌等。研究结果表明,该纳米系统可通过靶向ER 进行PDT-PTT并利用基于ROS的ER应激促进ICD相关免疫治疗,实现增强的抗肿瘤效果。


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WeiLi, Jian You. et al. Targeting photodynamic and photothermal therapy tothe endoplasmic reticulum enhances immunogenic cancer cell death. NatureCommunications. 2019

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11269-8

 

6. Nat. Commun.: 碳纳米管量子电容与电化学电容的测量

在液体电解质中,纳米管和溶剂化离子之间的电子界面的性质由两种截然不同的物理现象控制:量子和化学。量子成分产生于电子态密度的急剧变化,化学成分则产生于离子屏蔽和扩散。在本文中,加利福尼亚大学Peter J. Bruke等使用集成的片上屏蔽技术定量测量了碳纳米管的电容值。

 

他们发现在室温下其电容值是施加的偏压电位(从-0.7 V到0.3 V)和离子浓度(从10mM到1M KCl的溶液)的函数。研究人员确定了量子电容和电化学电容的相对贡献,并用理论模型对测量结果进行了验证。该项研究成果代表了在与液体电解质接触的缩小尺寸系统中对电容的量子效应的测量的重要性,这是纳米技术、能量和生命之间的界面中一个重要且新兴的主题。


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JinfeiLi, Peter J. Bruke et al, Measurement of the combined quantum andelectrochemical capacitance of a carbon nanotube, Nature Communications, 2019

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11589-9?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+ncomms%2Frss%2Fcurrent+%28Nature+Communications+-+current%29

 

7. Chemical Reviews: 多元醇中的钯纳米粒子—合成、催化偶联与氢化

醇类物质尤其是多元醇在金属纳米粒子的合成过程中起到了十分关键的作用,它们常常被用作还原剂、溶剂或者稳定剂。多元醇不仅结构柔性(取决于其OH官能团的数量和固有的氢键数目)而且其分布广泛的分子量对于金属纳米粒子的精准合成都有十分重要的影响。在金属基纳米催化领域,钯占据了优势地位,主要是因为它在反应性方面具有显著的通用性,是合成中最重要的工具。

 

在本文中法国图卢兹大学Daniel PlaMontserrat Gomez等综述了多元醇介质中钯基纳米颗粒的控制合成,重点介绍了在裁剪尺寸、形貌、结构和表面状态等方面的研究进展。此外,作者还讨论了钯纳米粒子在多元醇溶剂中的应用,它应用于两种最相关的钯催化工艺,即偶合和氢化反应。


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IsabelleFavier, Daniel Pla, Montserrat Gomez et al, Palladium Nanoparticles in Polyols:Synthesis, Catalytic Couplings, and Hydrogenations, Chemical Reviews, 2019

DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00204

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00204

 

8. AEM: 无掺杂共面D-π-D空穴传输材料的合理设计助力高性能钙钛矿太阳能电池

近日,广东工业大学Ning Cai联合香港城市大学Sai-WingTsang报道了两种新型D-π-D空穴传输材料(HTM),缩写为BDT-PTZ和BDT-POZ,由4,8‐di(hexylthio)‐benzo[1,2‐b:4,5‐b′]dithiophene(BDT) 作为π-共轭接头,和N‐(6‐bromohexyl) phenothiazine (PTZ)/N‐(6‐bromohexyl) phenoxazine (POZ) 作为供体单元。

 

上述两种HTM在p-i-n钙钛矿太阳能电池(PSC)中作为无掺杂剂的HT层,分别具有18.26%和19.16%的优异功率转换效率。特别是,BDT-POZ表现出优异的填充因子81.7%,这与其通过稳态/瞬态荧光光谱和空间电荷限制电流技术验证的更有效的空穴提取和传输一致。单晶X射线衍射表征暗示这两种分子呈现不同的堆积趋势,这可能解释了PSC中的各种界面空穴传输能力。


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Chen, Y. Cai, N. Tsang, S.-W. et al. RationalDesign of Dopant‐Free Coplanar D‐π‐D Hole‐Transporting Materials for High‐Performance Perovskite Solar Cells with Fill Factor Exceeding 80%.AEM 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201901268

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901268

 

9. AEM: 0度反溶剂浸泡,大面积钙钛矿太阳能电池更给力

大规模生产大面积的太阳能电池对高性能钙钛矿太阳能电池(PSCs)的商业化有着很高的需求。然而,目前很少报道用于形成高度取向的均匀钙钛矿膜的卷对卷相容的沉积方法。近日,延世大学Jooho Moon研究团队介绍了与大面积制造兼容的简便冷抗溶剂洗浴方法。

 

将湿的前体膜浸没在0℃的冷抗溶剂浴中,可延迟成核、生长动力实现高度取向的钙钛矿沿垂直于基底的[110]和[220]方向生长。高度优选的晶体取向有利于有效的电荷提取,并减少钙钛矿薄膜内部和晶粒内缺陷的数量,PCE最大值为18.50%。此外,采用冷反溶剂浸泡法制备具有均匀光伏器件参数的大面积(8×10 cm2)PSC,从而验证了该方法的放大能力。


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Jang, G. Moon, J. et al. Cold Antisolvent Bathing Derived HighlyEfficient Large‐AreaPerovskite Solar Cells. AEM 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201901719

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901719

 

10. AFM: 基于三胺的芳香阳离子作为高效钙钛矿太阳能电池的新型稳定剂

钙钛矿太阳能电池的运行稳定性一直是一个挑战。通常,湿度和热量是钙钛矿最常见的降解来源。近日,首尔国立大学ByungwooPark研究团队提出1,2,4-三唑作为有效的阳离子溶质以改善钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。1,2,4-三唑是一种芳香族阳离子,具有低偶极矩,在湿度和热量下是稳定的。

 

此外,它还具有三个氮原子,在晶格中形成额外的氢键,使材料稳定;1,2,4-三唑合金钙钛矿表现出降低的陷阱密度和薄膜粗糙度以及增强的载流子寿命和导电性。研究人员利用1,2,4-三唑合金化的太阳能电池实现了20.9%的功率转换效率,在极端条件下(85℃/ 85%相对湿度(RH),封装)具有优异的稳定性700小时。


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Kim, J. Park, B. et al.Triamine-Based Aromatic Cation as a Novel Stabilizer for Efficient PerovskiteSolar Cells. AFM 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201905190

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201905190

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