武汉大学在钙钛矿量子点发光研究领域取得新进展

2024年2月21日，Nature Communications（《自然?通讯》）在线发表了武汉大学方国家教授课题组和东莞理工学院周海特聘教授课题组关于纯碘全无机锡铅钙钛矿量子点的最新研究成果。

论文题为“Spontaneous crystallization of strongly confined CsSnxPb1-xI3 perovskite colloidal quantum dots at room temperature”（《纯碘全无机CsSnxPb1-xI3钙钛矿量子点在室温下的强限域自发结晶》，2024, 15:1609）。章楼文博士后为第一作者，方国家教授和周海特聘教授为共同通讯作者。武汉大学物理科学与技术学院为通讯作者单位。

近年来，全无机卤化物钙钛矿量子点因其优异的光物理特性以及低成本的溶液法制备，在光电器件领域得到了广泛的应用。然而，由于热非平衡导致的相转变（亚稳态光活性钙钛矿相转变为稳定的非钙钛矿黄相），纯碘全无机钙钛矿量子点的室温合成仍然极具挑战性。另外，室温下该类卤化物晶体在非极性溶剂中的结晶速率非常快，极易形成较大尺寸的非钙钛矿相晶体。

该项研究通过采用一个全新的室温反应体系，在贫Cs的反应环境中简便快速地实现纯碘全无机锡铅混合钙钛矿（CsSnxPb1-xI3）量子点的强限域自发结晶，其胶体溶液表现出明亮的黄光发射。通过改变Cs前驱体的用量，可以进一步调控产物的形貌尺寸和光学带隙。

与相同工艺制备的本征CsPbI3量子点相比，CsSn0.09Pb0.91I3钙钛矿量子点显示出优异的黄光发射性能、延长的载流子寿命以及增强的结构稳定性。这主要得益于量子点强的量子尺寸效应、亚锡离子的钝化效应以及提高的缺陷形成能。

此外，该室温强限域合成技术同样适用于宽带隙溴基和氯基全无机钙钛矿量子点以及碘基有机-无机杂化钙钛矿量子点的制备，具有很好的普适性。

该工作开创了纯碘全无机锡-铅混合钙钛矿量子点在室温环境中的可控合成，丰富了该类钙钛矿量子点的合成途径，填补了相关研究的空白。

2024年3月7日，Advanced Materials（《先进材料》）在线发表了武汉大学方国家教授课题组、澳门大学邢贵川、廖金凤教授课题组以及西安交通大学梁超教授课题组关于刮涂宽带隙钙钛矿太阳能电池的最新研究成果。

论文题为“Intermediate Phase Suppression with Long Chain Diammonium Alkane for High Performance Wide-Bandgap and Tandem Perovskite Solar Cells”（《长链烷烃二铵抑制高性能宽带隙和叠层钙钛矿太阳能电池的中间相》）。贾朋硕士生为第一作者，方国家教授、柯维俊教授、廖金凤教授和梁超教授为共同通讯作者。武汉大学物理科学与技术学院为第一署名作者单位。

宽带隙钙钛矿通过调节带隙，可以与窄带隙太阳能电池构建叠层电池以克服单结钙钛矿太阳能电池的Shockley-Queisser限制。然而，宽带隙钙钛矿电池中仍然存在严重的非辐射载流子复合和较大的开路电压损失。该项研究使用原位光致发光测试来监测钙钛矿涂层的中间相演变和结晶过程。

通过掺杂长碳链分子辛烷-1,8-二铵二氢碘化物(ODADI)来制备高效稳定的宽带隙钙钛矿太阳能电池。研究发现，在带隙为1.67 eV 的宽带隙 FA0.7Cs0.25MA0.05Pb(I0.8Br0.2)3钙钛矿薄膜中掺杂ODADI不仅抑制了中间相，而且促进了钙钛矿的结晶并且显著地钝化了薄膜的深能级缺陷。

结果表明，对于有效面积为0.07 cm2和1.02 cm2的器件，冠军单结倒置钙钛矿太阳能电池的效率分别为22.06%和19.63%，是刮涂制备的宽带隙钙钛矿同类器件中最高的效率值。未封装的器件在空气中表现出优异的稳定性，在恒定的AM 1.5G照明下，在空气中保持其最大功率点的初始效率近500小时。 由此制备的半透明宽带隙器件的效率为20.06%，而四端全钙钛矿叠层器件的效率为28.35%。

该工作为刮涂制备大面积高效稳定的宽带隙钙钛矿太阳能电池和叠层钙钛矿太阳能电池提供了新的思路。

这两项研究得到科技部、国家自然科学基金委以及湖北省科技厅、广东高校科研平台相关项目的支持。感谢武汉大学公共服务平台提供的SEM测试等支持！（来源：武汉大学物理科学与技术学院官网）

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