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最新刊期

2023 年第 3 期

特邀报告

稀土掺杂铅卤钙钛矿发光、光电材料与器件研究进展增强出版
宋宏伟,周东磊,白雪,徐文,董彪,徐琳
2023, 44(3): 387-412. DOI: 10.37188/CJL.20220391

摘要：铅卤化物钙钛矿作为一类新兴的光电子材料表现出了卓越的光学、电学性能，在太阳能电池、发光二极管、光电探测器以及激光等领域产生了广泛而重要的应用，引起万众瞩目。稀土是元素周期表里一类特殊材料，从57号到71号元素，具有4fⁿ和4fⁿ^-15d电子组态。如果将稀土和钙钛矿材料以及器件相结合，会孕育出怎样的新生儿呢？本文旨在结合作者在相关领域开展的工作及取得的经验，简单梳理该领域近年来取得的进展，剖析未来所面临的问题和挑战。本文不以总结纷繁复杂的个性化现象为要扼，而以探讨具有普遍意义的共性问题为宗旨。在资料选取上，或许失之偏颇，有严重的“王婆卖瓜”之嫌，请读者慎思明辨。
关键词：稀土发光;铅卤化物钙钛矿;光电探测器;太阳能电池

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发布时间：2023-04-12
包含Mn²⁺离子的钙钛矿材料:合成、发光性质与应用增强出版
黄大誉,连洪洲,林君
2023, 44(3): 413-436. DOI: 10.37188/CJL.20220380

摘要：锰离子是发光材料家族中最重要的激活剂离子之一。锰离子无论是作为掺杂离子还是作为基质材料，都可以提高卤化物钙钛矿的发光性能。但是合成的驱动力不同，发光稳定性也不同；由于结合能和形成能的改变，热稳定性和环境稳定性也随之改变。锰离子的发光机理相对清晰明了。基质的激子发射和瞬态光导致晶格缺陷引起的自陷态发射也可能参与锰离子的发光机制。在这篇综述中，我们将分析不同类型结构的锰掺杂卤化物钙钛矿和锰基卤化物钙钛矿的发光机理，重点是锰离子的掺杂驱动力和掺杂策略。
关键词：锰离子;卤化物钙钛矿;掺杂驱动力;掺杂策略

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发布时间：2023-04-12
离子掺杂钙钛矿量子点玻璃研究进展增强出版
尹博钊,黄雄健,董国平
2023, 44(3): 437-448. DOI: 10.37188/CJL.20220347

摘要：近年来，全无机钙钛矿量子点因其优异的光电性能受到研究者的广泛关注，但其较差的稳定性极大地限制了其应用。利用玻璃优异的稳定性，控制钙钛矿量子点在玻璃中原位析出，使玻璃包覆在钙钛矿量子点周围，隔绝其与外界环境的接触，有效地提高了其稳定性。通过在钙钛矿量子点玻璃中掺杂特定的离子可以调控钙钛矿量子点的析晶情况和发光峰位，并可引入新的发光中心。本文根据掺杂离子的目的，综合介绍了离子掺杂钙钛矿量子点玻璃的研究进展，为近期关于离子掺杂钙钛矿量子点玻璃的研究提供了思路和参考。
关键词：玻璃;钙钛矿量子点;离子掺杂

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发布时间：2023-04-12
基于芳香族配体的二维钙钛矿太阳能电池研究进展增强出版
高玉平,王瑞,刘永胜
2023, 44(3): 449-465. DOI: 10.37188/CJL.20220359

摘要：近年来，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的效率得到了快速的发展，目前已经获得25.7%的认证效率，可与硅基太阳能电池相媲美。然而，PSCs的稳定性却远不如硅基太阳能电池，这限制了PSCs的使用。与此同时，二维（2D）或准二维钙钛矿材料受到了越来越多的关注，主要是因为大体积有机配体的引入明显地改善了材料的结构和环境稳定性。在2D PSCs领域，有机配体离子的设计和选择会直接影响材料的光电性能和器件的效率。目前，2D PSCs中所使用的有机配体主要分为脂肪族配体和芳香族配体。芳香族配体由于具有较大的介电常数、改善的电荷传输和可调控的组装结构等优点得到越来越多的关注。本文系统地总结了芳香族配体材料对2D钙钛矿性能的影响及其在2D PSCs领域的应用。
关键词：二维钙钛矿;太阳能电池;稳定性;电荷传输

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发布时间：2023-04-12
柔性钙钛矿光伏：研究进展、商业化进程和展望
李曼亚,李禄东,刘洲,谭海仁
2023, 44(3): 466-485. DOI: 10.37188/CJL.20220355

摘要：目前，推动能源产业向高效、清洁、灵活的体系转型已成为解决世界环境问题的关键。与此同时，随着技术革命和物联网的发展，将太阳能电池和设备集成到一个部件中从而在更多元化的应用场景中采集能量成为了人们的新需求。以聚苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等柔性聚合物为基底的柔性钙钛矿太阳能电池（FPSCs）具有高能量转换效率、高柔韧性和灵活性、低制备成本和一定的便携性，在近十年的发展时间里成为了第三代太阳能电池中的后起之秀。此外，它对环境友好和经济效益良好的卷对卷制造技术具有的天然亲和力，使其在柔性自供电电子产品、大型建筑集成光伏（BIPV）和空间航空航天的发展中发挥着关键作用。本文着重讨论了柔性透明导电衬底、低温加工电荷传输层和机械弹性钙钛矿膜在单结和叠层FPSCs中的重要作用，并简要总结了其最新进展。最后，结合FPSCs的大规模制造技术，对封装的可靠性和操作稳定性提出了一些见解，并展望了在大面积组件等方面的潜在实际应用。
关键词：柔性;钙钛矿太阳能电池;柔性钙钛矿叠层太阳能电池;光伏组件

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发布时间：2023-04-12
钙钛矿单晶X射线探测器：未来可穿戴电子器件的B位工程增强出版
马闯,赵奎
2023, 44(3): 486-495. DOI: 10.37188/CJL.20220358

摘要：卤化铅基钙钛矿单晶（SC）X射线探测器由于其强大的阻挡能力和高载流子传输效率而受到广泛关注。然而，铅基钙钛矿在可穿戴电子产品中的应用受到其毒性的限制。ABX₃杂化钙钛矿具有多种结构，通过B位点工程将光电子特性和环境友好处理相结合。在这篇展望中，我们总结了钙钛矿SC X射线探测器的最新进展，提供了从铅基到无铅再到无金属的B位工程概述。随后，提出了未来钙钛矿可穿戴电子器件的前景。我们希望这篇展望将为结构设计提供有益的指导，以实现高效、环保的钙钛矿可穿戴电子器件。
关键词：卤化钙钛矿单晶;X射线探测器;B位工程;可穿戴电子器件

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发布时间：2023-04-12
杂化X射线探测器的优势与进展增强出版
宗佳,李维俊,刘璐璐,魏浩桐
2023, 44(3): 496-507. DOI: 10.37188/CJL.20220327

摘要：占主导地位的X射线探测器主要分为直接半导体型X射线探测器和间接闪烁体型X射线探测器。近年来，杂化X射线探测器通过结合半导体和闪烁体材料的优势而出现。作为活性层的混合半导体和闪烁体导致了不同的工作机制。两相之间电荷/能量转移可以避免闪烁体的余辉效应。并且闪烁体的存在也优化了半导体材料的性能。本文总结了杂化X射线探测器的机制、进展和协同效应，以突出杂化X射线探测器的优势。根据不同的工作机制和各自的特点，我们详细讨论了三种类型的杂化X射线探测器。最后，我们对杂化X射线探测器存在的局限性和未来的发展方向进行了展望。
关键词：杂化X射线探测器;直接X射线探测;间接X射线探测;工作机制

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发布时间：2023-04-12
室温合成具有超纯绿光发射的准二维CsPbBr₃钙钛矿纳米片增强出版
沈亚龙,韩博宁,靳梓诺,胡殷茜,曾海波
2023, 44(3): 508-517. DOI: 10.37188/CJL.20220219

摘要：通过配体辅助溶液相法，在室温下成功合成出一种具有超纯绿光发射的准二维CsPbBr₃钙钛矿纳米片。该制备方法可以实现低成本、高质量CsPbBr₃纳米片的合成。实验结果表明，合成出的CsPbBr₃纳米片荧光发射峰位于526 nm，发射峰半高宽（FWHM）能够达到16 nm，纳米片的荧光量子效率（PLQY）高达87%。将CsPbBr₃纳米片应用于背光显示，实现了（0.145， 0.793）的绿光坐标，该色坐标覆盖近91% 的Rec.2020绿光色域，色域范围优于目前报道的绿色荧光粉材料。此外，基于上述CsPbBr₃荧光纳米片，我们还成功构筑出一种白光LED器件，并测得该器件在20 mA驱动电流下的发光效率为39 lm/W。
关键词：CsPbBr₃钙钛矿;纳米片;超纯绿光;白光LED

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发布时间：2023-04-12
Cd²⁺掺杂Cs₂ZnCl₄黄光荧光粉及其光学性能增强出版
张伟,郑伟,李凌云,黄萍,陈学元
2023, 44(3): 518-527. DOI: 10.37188/CJL.20220344

摘要：全无机零维金属卤化物因其独特的光学性能和可溶液法加工的特点，有望成为替代铅卤钙钛矿的新一代发光材料，在固态照明和光电探测等领域发挥重要作用。本文报道了一种Cd²⁺掺杂的Cs₂ZnCl₄新型黄光荧光粉。该材料在270 nm紫外光激发下，呈现565 nm的宽带、长寿命（11.4 ms）发光，荧光量子产率达到46.0%。通过变温高分辨光谱测试分析，证明了其发光来源于Cd²⁺的³E→¹A₁禁戒跃迁，并且在低温下（<170 K）还观测到局域态激子的发光及其到Cd²⁺的高效能量传递过程。此外，该材料还展现出优异的抗热猝灭性能，150 ℃温度下的发光强度依然保持室温时的90.0%。本工作为Cd²⁺掺杂金属卤化物的激发态动力学提供了新发现，也为新型高效零维金属卤化物发光材料的设计开发提供了新思路。
关键词：金属卤化物;Cs₂ZnCl₄;镉掺杂;光致发光;激发态动力学

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发布时间：2023-04-12
Cu基金属卤化物发光材料（C₁₂H₂₄O₆）NaCuBr₂及其全光谱照明应用增强出版
黄敬龙,金建策,苏彬彬,夏志国
2023, 44(3): 528-536. DOI: 10.37188/CJL.20220338

摘要：铜（Ⅰ）基金属卤化物作为新一代环境友好的发光材料受到了研究者的广泛关注。本文采用溶剂辅助结晶法设计制备了一种新型零维金属卤化物发光材料（C₁₂H₂₄O₆）NaCuBr₂。在365 nm激发下，该化合物呈现出半峰宽为346 nm的超宽带橙红色发射，光致发光量子产率为42.6%。基于低温光谱、激发波长依赖的发射光谱和理论计算研究表明，峰值700 nm处的超宽带发射来自于Cu⁺离子3d轨道和Br^-离子4p轨道间相互作用形成的简并能级。在低温下，（C₁₂H₂₄O₆）NaCuBr₂的晶格畸变导致能级的简并度降低，其荧光发射包含峰值为629 nm和735 nm的两个发射带。在高能激发下，电子跃迁到（C₁₂H₂₄O₆）NaCuBr₂的更高能级S₃而带来的发射与77 K下观测到的480 nm处的发射峰相对应。采用（C₁₂H₂₄O₆）NaCuBr₂制备的白光发光二极管（LED）器件的显色指数高达90.6，表明其在全光谱照明领域具有潜在的应用前景。
关键词：零维结构;Cu基金属卤化物;全光谱照明

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发布时间：2023-04-12
基于零维杂化锑基氯化物的可逆荧光发射转化增强出版
谭丽,罗志山,李茜,韩江,邹超,常晓勇,权泽卫
2023, 44(3): 537-547. DOI: 10.37188/CJL.20220357

摘要：零维有机-无机杂化金属卤化物因可调控的自陷态激子发射在发光和显示等领域具有很好的应用前景。特别是同时具有单线态和三线态激子发射双带光谱的零维金属卤化物在白光固态照明应用中极具潜力。本工作报道了两种零维杂化锑基氯化物（C₂₄H₂₀P）₂SbCl₅（Ⅰ）和（C₂₄H₂₀P）₂SbCl₅⋅H₂O·0.5DMF（Ⅱ）（C₂₄H₂₀P为四苯基膦，Ph₄P）。在低能量光子（如360 nm）激发下，化合物Ⅰ和Ⅱ分别呈现出由自陷态激子发射的红色和黄色的单峰宽带光谱。此外，当用高能量光子（如310 nm）激发时，Ⅱ的光谱呈现出双带白光发射，除黄光发射带外，还出现了一个源于单线态自陷激发发射的蓝光发射带。研究表明，通过引入和去除DMF和水分子，化合物Ⅰ和Ⅱ能实现可逆转化。该研究揭示了小分子对零维杂化金属卤化物晶体结构的调控机制，从而实现单带发射和双带发射之间的转变，为设计具有小分子传感应用的零维金属卤化物奠定了研究基础。
关键词：零维;杂化锑基氯化物;自陷态激子;小分子;双带发射

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发布时间：2023-04-12
新型钴基空穴传输层助力高效钙钛矿发光二极管增强出版
秦向前,黎明亮,赵亚萍,张琴,魏展画
2023, 44(3): 548-558. DOI: 10.37188/CJL.20220377

摘要：金属卤化物钙钛矿发光二极管（Perovskite light⁃emitting diodes， Pero⁃LEDs）器件结构中，空穴传输层（HTL）是影响Pero⁃LEDs效率的关键性因素之一。由于醋酸钴（Co（OAc）₂）薄膜具有优异的光电特性，所以选其作为绿光Pero⁃LEDs的HTL。然而，纯的钴基底薄膜存在传输载流子能力较差、薄膜粗糙度较大等问题。因此，本文通过引入有机小分子添加剂乙醇胺（ETA）来有效调控传输层中Co³⁺/Co²⁺比例，提升传输层的导电能力。同时，因ETA的加入可以减缓退火过程中前驱体溶液的析出结晶速度，从而形成粗糙度较小的HTL薄膜，进而有利于形成高质量的钙钛矿薄膜。基于掺杂的HTL，其最优器件亮度高达45 207 cd/m²，最大外量子效率（EQE）达到15.08%，是一种性能较好的新型HTL。
关键词：钙钛矿发光二极管;醋酸钴;乙醇胺;空穴传输材料;掺杂

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发布时间：2023-04-12
混合反溶剂法制备CsCu₂I₃纳米晶薄膜及其发光器件应用增强出版
姬心震,马壮壮,田世超,贾陌尘,陈旭,史志锋
2023, 44(3): 559-568. DOI: 10.37188/CJL.20220424

摘要：近年来，新兴的三元铜基卤化物（CsCu₂I₃）材料由于具有高荧光量子产率、环保无毒、环境稳定、成本低廉等诸多优点，在环保型发光二极管（LED）中的应用备受瞩目。然而，由于难以控制的结晶动力学，制备高质量的CsCu₂I₃发光层薄膜仍是一个巨大的挑战，这限制了LED器件性能的进一步提升。本文通过使用甲苯与甲醇混合溶剂作为反溶剂来增强反溶剂的钉扎效应，增加CsCu₂I₃晶体的成核密度，降低薄膜的晶粒尺寸，进而形成了光滑、致密的CsCu₂I₃纳米晶薄膜。此外，混合反溶剂策略可以有效增强辐射复合效率，显著提高CsCu₂I₃薄膜的发光性能，相比对照样品（只使用甲苯），混合反溶剂法所制备薄膜的荧光量子产率（PLQY）增加了1.5倍，激子束缚能从~201.6 meV提高至~234.5 meV。最终，相比对照器件，基于混合反溶剂策略的CsCu₂I₃基LED的最大亮度和最高外量子效率分别提高了5.5倍和1.6倍。本工作的研究结果不仅有助于加深对CsCu₂I₃薄膜制备过程中结晶规律的理解，而且有助于进一步推动基于CsCu₂I₃环境友好型LED器件性能的提升。
关键词：CsCu₂I₃;纳米晶薄膜;反溶剂;黄光LED

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发布时间：2023-04-12

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