北京交通大学 物理科学与工程学院， 北京 100044
Mn离子掺杂策略被广泛用于提高CsPbX3钙钛矿纳米晶（Nanocrystals，NCs）的稳定性和调控Pb的含量，但离子掺杂反应速率极快，不易控制。本文分别采用一步和两步热注射法对Mn2+的掺杂含量进行大范围和精确调控，制备出具有不同Mn2+掺杂含量的CsPbCl3∶Mn2+ NCs。通过对其结构及发光性能的研究，将其区分为合金结构和掺杂结构，并进一步揭示了一步法和两步法进行Mn2+调控时的不同机制，明确了在相同Pb∶Mn投料比的情况下，一步法合成的合金结构纳米晶具有更高的Mn2+掺杂量，使得纳米晶在610 nm左右与Mn相关的发射峰更为强烈，最高光致发光量子产为77%，而两步法合成的掺杂结构纳米晶在较少的Mn2+情况下同样具有较高的光致发光量子产率。同时，Mn2+的可控掺杂使得钙钛矿纳米晶的稳定性有效提升，放置四周后形貌和发光性能仍稳定。值得注意的是，合金结构对于本征激子发光稳定性的提升比掺杂结构更加有利。此外，还合成了具有优异发光性能的CsPb（ClxBr3-x）∶Mn2+钙钛矿纳米晶，其荧光光谱可在404～640 nm之间调控；但当Br-含量较高时，与Mn相关的发射峰消失，这是由于CsPbBr3的能带与Mn2+的4T1-6A1能级不匹配所致。本文强调了在CsPbCl3∶Mn2+钙钛矿制备过程中Mn2+可控掺杂的重要性，对于实现纳米晶的可控合成具有重要意义。
全无机钙钛矿 CsPbCl3∶Mn2+ 组分调控 all-inorganic perovskites CsPbCl3∶Mn2+ tunable component
云南大学材料与能源学院, 云南 昆明 650091
全无机钙钛矿量子点CsPbX3(QDs)(X=Cl、 Br、 I)具有可覆盖整个可见光区(400～700 nm)的发射, 单一发光峰较窄, 量子效率较高, 其发射波长和带隙可通过调节CsPbX3中卤素原子X来实现调控。 因CsPbX3优异的光学特性而被广泛应用于显示领域, 然而其稳定性较差等问题阻碍其进一步的应用。 金属有机框架(MOFs)是一种多孔性的框架结构, 因其独特的多孔结构, 永久的孔隙率而作为一种基质载体来提高材料的稳定性。 MOFs将QDs限制在主体内部不仅可以保护它们免受外部环境的刺激, 使它们彼此隔离而不团聚, 而且还可以实现各种新的特性和应用。 将QDs限制在MOFs中所得的复合材料(CsPbX3 QDs@MOFs)具有比CsPbX3 QDs更优异的光学特性以及对周围环境更好的稳定性, 复合材料(CsPbX3 QDs@MOFs)在光电器件, 传感器以及加密与防伪领域有着广泛的应用。 该综述首先介绍了CsPbX3 QDs相关结构、 制备、 光学性能和应用, 以及现存问题。 例如在毒性、 稳定性、 阴离子交换等方面及相应解决方法; 其次介绍了MOFs结构、 制备、 特性及应用等相关内容; 并对介绍复合材料CsPbX3 QDs@MOFs的制备、 光学特性、 应用, 例如在白光二极管(WLEDs)、 防伪和加密、 用作催化剂、 远程型白光发射器件中的应用, 并实现了宽色域应用, 验证了这些新型发光复合材料在背光显示应用中具有很大的应用前景。 对复合材料CsPbX3 QDs@MOFs现阶段存在一些问题和需要改进方面提出一些见解, 对下一步进行复合材料方向提供一些思路并对研究前景进行了展望。
全无机钙钛矿量子点 金属有机框架 发光特性 应用 All-inorganic chalcogenide quantum dots Metal-organic frameworks Luminescence properties Applications 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3321
1 河北工业大学电子信息工程学院，天津 300401
2 天津电子材料与器件重点实验室，天津 300401
基于第一性原理计算软件Siesta，分析了全无机钙钛矿材料CsBI3（B=Pb，Sn，Ge）的结构、电学性质和光学性质。首先，基于GGA-PBE和GGA-PBEsol方法获得稳定的材料结构。其次，基于GGA-PBE和GGA-BLYP两种密度泛函方法分析了材料的带隙，并且通过改变材料的晶格常数，模拟材料产生的应变，对比发现材料的带隙随着晶格常数的增加而增加。此外，在超胞CsPbI3中少量掺杂Ge，发现材料的带隙会缩小 0.7%到3.8%。最后，从光吸收系数可以看出，CsPbI3和CsGeI3的光吸收系数都接近6×105 cm-1，但是前者的吸收峰值位于350 nm附近，后者位于410 nm附近，而CsSnI3的光吸收系数接近4.75×105 cm-1，吸收峰位于350 nm附近。
材料 全无机钙钛矿 带隙 Ge掺杂 Siesta GGA-BLYP 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1516002
北方民族大学材料科学与工程学院，宁夏硅靶及硅碳负极材料工程技术研究中心，银川 750021
全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光电转换效率和高的环境稳定性而被广大学者关注，但Pb元素的使用对环境危害较大限制了其进一步应用。尽管科研人员目前在努力寻找一种危害较小的元素替代铅，但无铅钙钛矿仍然比含铅钙钛矿更易分解，性能也更低。本文采用Sn部分取代Pb制备得到全无机锡铅混合钙钛矿薄膜，并通过添加一定量的水杨酸从而抑制Sn2+氧化为Sn4+，达到稳定相态提升电池光电转换效率的目的。结果表明随着水杨酸的添加量由2 mg·mL-1增加至6 mg·mL-1，器件的光电转换效率先增大后降低。通过SEM、XRD、XPS等测试结果发现，当添加量为4 mg·mL-1时，薄膜相稳定性最好，与不添加水杨酸的器件相比，其短路电流密度(Jsc)从14.7 mA·cm-2显著提高至15.1 mA·cm-2，光电转换效率由5.8%提高至6.5%。此外，最优器件在空气环境中存放5 d后，初始光电转换效率仍可保持原有效率的50％，进一步表明水杨酸的添加对锡铅混合钙钛矿相稳定性的提升具有一定的促进作用。
锡铅混合 全无机钙钛矿 太阳能电池 水杨酸 相稳定性 光电性能 光电转换效率 tin-lead mixture all-inorganic perovskite solar cell salicylic acid phase stability photoelectric performance photoelectric conversion efficiency
河北大学 物理科学与技术学院，河北 保定 071002
无机铅卤钙钛矿CsPbX3（X=Cl，Br，I）由于具有荧光量子产率高、带隙可调、吸光系数高等优点，在发光器件和光伏器件领域有着广阔的应用前景。但由于重金属铅具有毒性，会对环境及生物造成危害，所以开发无铅钙钛矿及其衍生材料成为研究热点。而在众多材料中，钙钛矿衍生材料——金属卤化物具有种类多、结构类型多、发光性能优等优点。因此本文利用油酸还原法制备了钙钛矿衍生材料Cs3MnBr5，该方法具有环境友好、能耗低、产物纯度高、可大批量生产等优点。Cs3MnBr5材料在近紫外激发下显示了明亮的绿色发光，峰值位于528 nm，半高宽43 nm，色坐标为（0.25，0.69），色纯度高达92%，荧光量子产率为64.69%，在LED照明领域和显示领域具有商业应用潜力。
发光二极管 无机钙钛矿 Cs3MnBr5 荧光粉 light⁃emitting diode（LED） inorganic perovskites Cs3MnBr5 phosphor
1 东华大学 材料科学与工程学院，上海 201620
2 先进玻璃制造技术教育部工程研究中心, 上海 201620
3 东华大学 材料科学与工程学院，上海 201620，
4 东华大学 功能材料研究中心， 上海 201620
全无机钙钛矿纳米晶具有发光效率高、发光波段可调等优点，是光电领域的研究热点之一，但是稳定性差一直阻碍着其实际应用。钙钛矿纳米晶玻璃既保留了纳米晶优异的发光性能，又具有优异的物化稳定性，备受研究者们的关注。本文概述了钙钛矿纳米晶复合玻璃制备方法的国内外研究进展，并进一步阐述了复合玻璃的应用领域，最后对其存在的问题及未来的发展方向进行了总结和展望。
全无机钙钛矿 纳米晶 发光玻璃 制备方法 all-inorganic perovskite nanocrystalline luminescent glass preparation methods
苏州大学, 放射医学及交叉学科研究院, 放射医学与辐射防护国家重点实验室, 苏州 215123
钙钛矿材料在太阳能电池和光电探测等领域的快速发展, 带动了其在核辐射探测领域的应用研究。钙钛矿晶体结构拥有多样化的结构容忍性, 如何设计组分并挖掘材料的相关特性具有很大的科学挑战。其次, 针对新型钙钛矿材料特性, 需要根据应用场景来优化半导体器件设计, 才能最大限度地发挥其辐射探测性能。鉴于此, 本文从熔体法晶体生长及半导体器件设计等角度, 探讨了不同维度钙钛矿结构的材料特性及辐射探测器件性能, 以期为该材料在核辐射探测领域的发展提供参考。
无机钙钛矿半导体 熔体法 单晶 半导体器件 核辐射探测 三维钙钛矿 二维钙钛矿 缺陷钙钛矿 inorganic perovskite semiconductor melt-grown method single crystal semiconductor device nuclear radiation detection 3D perovskite 2D perovskite defect perovskite
吉林大学电子科学与工程学院 集成光电子学国家重点实验室, 吉林 长春 130012
近年来, 钙钛矿太阳能电池因高效率、低成本等特点获得了持续的关注, 但是有机成分在稳定性方面始终存在一些问题。相比于有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池, 全无机钙钛矿材料可以很大程度上避免外界环境的影响, 对氧环境要求低, 对于湿度环境的容许度也比较大; 由于自身结构, 在光热稳定性方面, 也要优于有机-无机杂化钙钛矿。因此, 发展全无机钙钛矿太阳能电池是有效提高钙钛矿太阳能电池稳定性的方向之一。本文从稳定性方面入手, 系统地介绍了全无机钙钛矿太阳能电池的最新研究进展。结合全无机钙钛矿太阳能电池稳定性的影响因素, 总结了当前全无机钙钛矿电池稳定性问题的主要解决方案, 最后对解决全无机钙钛矿材料的稳定性进行了展望。
全无机钙钛矿 太阳能电池 稳定性 all-inorganic perovskite solar cells stability
