由于优异的光电性能与环境稳定性, 全无机铯铅卤化物CsPbX₃(X=Cl, Br, I)钙钛矿材料自2015年起逐渐成为光电领域的研究热点, 在诸多电子、光电子器件的应用研究中取得了突破性进展, 受到了科学界的广泛关注。本综述结合铯铅卤化物钙钛矿型平面异质结LED的最新研究进展, 对器件的结构及其工作原理进行扼要的介绍, 并着重从提高LED器件发光性能和工作稳定性方面进行优化策略的归类与总结, 最后就稳定高效的无机钙钛矿型平面异质结LED的发展趋势进行了展望。

全无机钙钛矿(CsPbX₃)纳米晶因其出色的光电特性在光电子器件领域具有广泛应用, 然而稳定性依然是制约其发展的瓶颈。本工作结合当前的研究进展, 采用全固态反应, 通过对球磨参数以及反应物配比等多种条件的调控研究, 实现了在空气中可稳定放置60 d以上的BN/CsPbX₃复合纳米晶荧光粉, 其发光中心波长可覆盖417~680 nm的范围, 发光峰半高宽为23~47 nm, 展示出极高的色纯度。在出色发光性能基础上, 进一步将其直接应用于白光LED照明, 获得了出色、稳定的发光性能。在空气中放置1 m后, 其亮度衰减仅为0.7%, 且连续工作2 h后, 衰减程度小于4%, 展现出优异的工作稳定性。

钙钛矿层状压电陶瓷具有超高居里温度和高温度稳定性, 已成为目前高温压电陶瓷的研究热点。本文针对钙钛矿层状压电陶瓷致密化烧结难以及压电性能低的难题, 主要从晶体结构、制备工艺、掺杂改性和复合固溶体等方面总结了钙钛矿层状高温压电陶瓷的研究进展, 同时归纳和比较了不同制备工艺和掺杂改性的钙钛矿层状高温压电陶瓷的烧结性和压电性能。简要分析了钙钛矿层状结构自发极化的来源, 并对未来研究这类材料的铁电相变机理和提高压电性能作了展望。

有机-无机钙钛矿材料因为具有光谱吸收范围宽、缺陷密度低、载流子复合率低等非常优良的光电性能吸引了广泛关注, 掀起了钙钛矿材料研究热潮。近年来杂化钙钛矿型太阳能电池发展迅速, 光电转化效率目前已达到22.1%, 展现出极大的应用潜力。与多晶薄膜相比, 单晶具有极低的缺陷密度和极少的界面缺陷。多个课题组成功培养出大尺寸钙钛矿单晶, 发现钙钛矿单晶材料具有比其他薄膜多晶材料更好的光响应特性, 是设计制备光伏器件的理想材料。在各类钙钛矿材料中, CH₃NH₃PbI₃是研究和应用最广泛的一类钙钛矿材料。本文主要针对近年来CH₃NH₃PbI₃单晶材料的研究制备进行综述, 介绍了CH₃NH₃PbI₃单晶材料的结构及性能, 重点总结了CH₃NH₃PbI₃单晶材料生长制备方法和应用, 并对其发展趋势进行了展望。

利用自制移动区熔炉生长了CsPbBr₃晶体, 事先采用相同工艺合成了高纯多晶原料以去除杂质和水分。通过工艺优化获得了大尺寸CsPbBr₃晶体, 达到ϕ25 mm× 60 mm。该晶体呈橘红色, 在600~2000 nm波长范围内具有透过率达78.6%的优异透光性能。热分析表明, 所得CsPbBr₃晶体在88.1℃和131.25℃时存在正交-四方和四方-立方相变。计算得到CsPbBr₃晶体的带宽E_g= 2.25 eV。上述结果表明移动区熔法是一种具有应用潜力的制备高质量大尺寸CsPbBr₃晶体的生长方法。

针对常压烧结La₂NiMnO₆ (简称LNMO)双钙钛矿陶瓷存在的烧结温度高、致密度低、工艺周期长等问题, 采用等离子活化烧结技术(Plasma Activated Sintering, 简称PAS)制备LNMO陶瓷, 主要研究了烧结工艺(温度、压力) 对其物相结构、显微形貌、致密度和介电性能的影响, 以期得到物相单一、结构致密、性能良好的LNMO双钙钛矿陶瓷。利用X射线衍射仪、阿基米德排水法、扫描电子显微镜、阻抗分析仪等手段, 系统测试表征了LNMO陶瓷的结构与性能。结果表明: 升高烧结温度有利于改善LNMO陶瓷的结晶性并增大晶粒尺寸, 但过高温度会导致杂相生成; 增大烧结压力对物相无明显影响, 但在一定程度上提升了致密度。确定了较适宜的PAS条件为: 烧结温度975~1000 ℃、烧结压力80 MPa, 在此条件下烧结得到的LNMO陶瓷为单一的正交结构, 致密度为92%, 具有较大的介电常数(~10 ⁶)。与常压烧结相比, 等离子活化技术集等离子体活化、压力、电阻加热为一体, 可在更低温度(降低400~500 ℃)和更短时间(缩短2~20 h)内获得较为致密的LNMO陶瓷。

聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)是平面结构钙钛矿太阳电池中空穴传输层的典型材料, 为了改善其导电性能以及促进后续钙钛矿层的生长, 本文将碳纳米管(CNTs)和二甲基亚砜(DMSO)同时引入PEDOT:PSS进行共修饰。结果表明: CNTs和DMSO在CNT-DMSO-PEDOT:PSS共修饰膜中展现了优异的协同效应。均匀贯穿于基体且几近网格状的CNTs具有促进后续钙钛矿层生长及降低共修饰膜方块电阻的功能; DMSO扮演着加强共修饰膜的导电能力及控制CNTs流失的角色。因此, 与单修饰膜相比, 共修饰膜不仅能更有效地传输电荷, 而且其表面生长的钙钛矿层晶粒尺寸更大, 覆盖率更高。此外, 共修饰膜在可见光范围内仍然保持优异的透光率, 550 nm波长处的透光率为88.8%。组装成器件后, 共修饰膜的光电转换效率(PCE)为5.75%, 远高于CNTs和DMSO单修饰膜及纯PEDOT:PSS膜, 后三者的PCE分别为3.01%、2.03%和1.30%。

二氧化钛(TiO₂)是钙钛矿太阳电池中最常用的电子传输材料, 研究发现其形态对MAPbBr₃太阳电池的器件转化效率可产生直接影响。研究不同形态TiO₂对钙钛矿太阳电池转化效率的影响机制对进一步认识此类太阳电池的工作机理十分必要。本工作使用旋涂法制备了不同形态的TiO₂, 而后采用反溶剂室温结晶的方法在TiO₂基底上进一步制备MAPbBr₃(MA = CH₃NH₃)薄膜, 并通过X射线光电子能谱(XPS)详细研究了TiO₂与MAPbBr₃接触界面的能级位置关系。研究结果表明: 不同形态的TiO₂ 在与钙钛矿接触后形成的导带差异不同; 不同的导带能级差可直接影响MAPbBr₃钙钛矿电池中电子的传递与收集, 进而影响电池的转化效率。