发光材料前沿每周精选丨0624-0630

纳米人

2019-07-04

1. NREL最新Nat. Commun.：电荷分离异质结构的高效钙钛矿量子点太阳能电池

金属卤化物钙钛矿半导体具有用于光电应用的突出特性，包括但不限于光伏电池。低维和纳米结构图案赋予了可以进一步利用的附加功能。此外，胶体量子点（QD）钙钛矿的更宽的阳离子组成可调性和可调的表面配体性质现在实现了前所未有的器件结构，这与由溶剂化分子前体制备的薄膜钙钛矿不同。美国国家可再生能源实验室Joseph M. Luther团队采用了钙钛矿QD的逐层沉积，证明了整个钙钛矿薄膜中具有组成变化的太阳能电池。利用这种能力突然控制组合物以产生内部异质结，促进内部界面处的电荷分离，从而改善光载体收获。展示了光伏性能如何取决于异质结位置以及每种组分的组成，并且描述了一种可以极大地改善钙钛矿QD光伏器件性能的架构。

High efficiency perovskite quantum dot solar cells with charge separating heterostructure. Nature Communication, 2019

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10856-z

2. Angew：预氧化金纳米团簇达到66%阳极电化学发光产率驱动机理的研究

金纳米团簇(AuNCs)具有良好的稳定性、近红外发射和生物相容性，是极具吸引力的电化学发光(ECL)发射体。然而，它们的ECL量子产率相对较低，我们有限的基础认识也阻碍了其合理的改进。近日，福建医科大学Juewen Liu，滑铁卢大学Wei Chen等团队合作，研究发现以三乙胺(TEA)为核心反应物，在电极上预氧化能显著提高AuNCs的ECL。其中，L‐蛋氨酸稳定AuNCs的ECL收率达到创纪录的66%。作者将这一策略成功地推广到其它AuNCs，并且发现对配体层利于有效的电子转移的AuNCs更有效。此外，预氧化ECL的激发需要的电位比传统方法的更低，且不需要额外的仪器。

Huaping Peng, Zhongnan Huang, Wei Chen,* Juewen Liu*, et al. Pre‐oxidation of Gold Nanoclusters Reaching 66% Anodic Electrochemiluminescence Yield Driving Mechanistic Insights. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201905007

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201905007

3. Nat. Commun.：揭示钙钛矿发光二极管的前体化学计量和界面反应的协同效应

金属卤化物钙钛矿正在成为具有成本效益和高性能的发光二极管（LED）的有前途的半导体。先前的研究集中于发射钙钛矿层的优化，例如，通过量子限制来增强辐射复合或通过缺陷钝化来减少非辐射复合。然而，钙钛矿LED目前缺少对电荷传输层如何影响钙钛矿结晶的深入理解。近日，林雪平大学Feng Gao和Sai Bai揭示了钙钛前体化学计量和钙钛矿LED的界面反应的协同效应，并为合理的器件优化建立有用的指导。研究人员揭示了具有高等电点的金属氧化物界面层对不希望的有机阳离子的有效去质子化对于促进中间相向高发射性钙钛矿膜的转变是至关重要的。结合以上研究结果和有源层的有效缺陷钝化，实现了高效钙钛矿LED，最大外量子效率为19.6％。

Yuan, Z. Bai, S.  Gao, F. et al. Unveiling the synergistic effect of precursor stoichiometry and interfacial reactions for perovskite light-emitting diodes. Nat. Commun. 2019.

DOI:10.1038/s41467-019-10612-3

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10612-3.pdf

4. 南加州大学&半导体研究所AM：准1D钙钛矿硫属元素化物中的线性二向色转换

具有线性二向色性的各向异性光子材料是许多传感，成像和通信应用中的关键部件。这些材料在光子器件和电路中作为偏振器、滤光器和波片起着重要作用。具有光学各向异性的常规晶体材料通常在宽波长范围内显示出单向线性二向色性。在结晶材料中未观察到线性二向色转换现象。南加州大学Jayakanth Ravichandran，Han Wang和中国科学院半导体研究所Ping‐Heng Tan团队报道了准1D六方钙钛矿硫属元素化物BaTiS₃中独特的线性二向色转换现象的研究。该材料在可见光波长范围内显示出光学各向异性的记录水平。与传统的各向异性光学材料相反，BaTiS₃中的线性二向色性极性在对应于1.78 eV的光子能量的光学波长处产生正交变化。计算表明，这种异常的线性二向色转换行为源于BaTiS₃材料中平行能带的不同选择规则。这种具有线性二向色转换特性的材料可以促进光的能量和偏振的感测和控制，并且可用作新颖的光子器件，例如用于多光谱成像、传感和光通信应用的偏振波长选择检测器和激光器。

Wu, J., Cong, X., Niu, S., Liu, F., Zhao, H., Du, Z., Ravichandran, J., Tan, P.‐H., Wang, H., Linear Dichroism Conversion in Quasi-1D Perovskite Chalcogenide. Adv. Mater. 2019, 1902118.

https://doi.org/10.1002/adma.201902118

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902118

5. Small：碳点，非常规制备策略以及光致发光以外的应用

碳点（C点）通常基于它们各自的自上而下和自下而上的制备过程分离成石墨烯量子点（GQD）和碳纳米点（CND）。然而，GQD可以通过非常规制备策略揭示的小分子前体的碳化来制备。因此，它们的结构而不是它们的前体和制备策略决定了C点是GQD还是CND。近日，南开大学Xue-Bo Yin研究团队讨论了C点的复合材料，结构和电子特性。 C点通常由石墨状核和无定形含氧壳组成。当石墨变成C点时，其导带和价带被分离，并出现量子限制效应。结合从石墨中继承的光捕获能力，C点核心中的电子从传导带转移到价带，导致在光激发时形成电子 - 空穴对。光激发转化，光催化和光动力疗法等光激发活动受核心电子特性的影响。与核的半导体特性不同，C点壳是电化学活性的，导致电化学发光（ECL）。壳中的含氧基团可以与功能物质缀合，用于成像和治疗。该工作回顾了C点在光致发光之外的应用，包括ECL，太阳能光伏发电，光催化和治疗诊断。

Xue-Tao Tian， Xue-Bo Yin,. Carbon Dots, Unconventional Preparation Strategies, and Applications Beyond Photoluminescence. Small 2019.

DOI:10.1002/smll.201901803

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/smll.201901803

6. MIT最新EES：23.4％效率！超低电压损耗、界面稳定的钙钛矿电池

麻省理工学院的Seong Sik Shin和Moungi G. Bawendi团队采用独特的（线性烷基溴化铵/氯仿）的后处理溶液策略，用于在3D钙钛矿薄膜上有效合成层状钙钛矿（LP）。LP钝化层（形成3D/LP异质结构）可以有效钝化界面和晶界缺陷，同时增加了防潮性。在该策略中，沉积钝化层而不会破坏高质量钙钛矿底层，最小化非辐射复合位点，并防止钙钛矿界面处的载流子淬灭。这使得电池的开路电压损耗仅为~340 mV，器件的最高效率高达23.4％，认证效率为22.6％，稳定性也得到大幅度增强。此外，钙钛矿太阳能电池的电致发光EQE高达8.9％。

Yoo, J. J. et al. An Interface Stabilized Perovskite Solar Cell with High Stabilized Efficiency and Low Voltage Loss. Energy Environ. Sci., 2019

Doi:10.1039/C9EE00751B.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee00751b#!divAbstract

7. 休斯敦大学&电子科大AM：二维铯铅卤化物边缘的外源绿光发光

自第一次报道二维全无机CsPb₂Br₅的绿色发射以来，其带隙和光致发光（PL）起源引起了激烈的争论，并仍然存在争议。休斯敦大学Viktor G. Hadjiev和Jiming Bao联合电子科技大学Zhiming Wang团队在发现PL中心仅占据CsPb₂Br₅中的特定形态结构后，采用两步高灵敏度和非侵入性光学技术来解决争议。研究表明，CsPb₂Br₅纳米晶体有助于CsPb₂Br₅的绿色发射，并进一步排除了诸如Br空位之类的点缺陷作为替代机制。在静水压力下的光学吸收表明，CsPb₂Br₅的带隙比先前报道的值高0.3-0.4 eV，并且在压力高达2 GPa时保持几乎恒定，这与DFT计算一致。使用Br、Cl、I的离子交换，进一步证明了CsPbBr_3-x X_x（X = Cl或I）是CsPb₂Br_5-x X_x中强可见PL的原因。该实验方法适用于所有PL活性材料，以区分内在缺陷和外在纳米晶体，这些发现为基于全无机卤化铅的高效光电器件的新设计和开发铺平了道路。

Wang, C., Wang, Y., Su, X. H., Hadjiev, V. G., Dai, S. Y., Qin, Z. J., Calderon Benavides, H. A., Ni, Y. Z., Li, Q., Jian, J., Alam, Md. K., Wang, H. Y., Robles Hernandez, F. C., Yao, Y., Chen, S., Yu, Q. K., Feng, G. Y., Wang, Z. M., Bao, J. M., Extrinsic Green Photoluminescence from the Edges of 2D Cesium Lead Halides. Adv. Mater. 2019, 1902492.

https://doi.org/10.1002/adma.201902492

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902492

8. 香港中文&浙大AM：通过界面能带工程，改善钙钛矿双功能器件

目前，光伏/电致发光（PV/EL）钙钛矿双功能器件（PBD）由于能带的缺陷和界面未对准而表现出较差的性能。香港中文大学许建斌和严克友联合浙江大学Xuegong Yu团队一种无需添加剂的空穴传输层材料，通过界面能带工程以减少界面能量损失。该策略可以将钙钛矿的n型表面转变为p型，从而校正未对准以形成明确定义的n-i-p异质结。PBD实现了高达21.54％（认证20.24％）的高PV效率和4.3％EL外部量子效率。在光照下，未封装的器件连续工作500小时后，仍保持超过92％的初始性能。该策略可作为提高钙钛矿器件的PV和EL性能的一种普适性策略。

Xie, J., Hang, P., Wang, H., Zhao, S., Li, G., Fang, Y., Liu, F., Guo, X., Zhu, H., Lu, X., Yu, X., Chan, C. C. S., Wong, K. S., Yang, D., Xu, J., Yan, K., Perovskite Bifunctional Device with Improved Electroluminescent and Photovoltaic Performance through Interfacial Energy‐Band Engineering. Adv. Mater. 2019, 1902543.

https://doi.org/10.1002/adma.201902543

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902543

9. 博林格林州立大学 JACS：金属共轭荧光团中的延迟光致发光

金属纳米结构和荧光分子的组装可用于开发生物传感和近场成像应用。通常，分子荧光团与金属中的表面等离子体的相互作用导致染料激发能量的淬灭或增强。博林格林州立大学Mikhail Zamkov团队证明了荧光分子也可以与近端金属表面进行可逆能量转移（ET）。在此过程中，通过能量转移到局部表面等离子体的染料发射的淬灭可以触发从金属延迟到荧光分子的ET。通过观察Au纳米颗粒和有机染料（Alexa 488，Cy3.5和Cy5）组件中PL寿命的增加，证明了这两步过程引起了金属共轭荧光团中的持续延迟光致发光（PL）。通过基于反向ET模型的理论计算证实了观察到的金属共轭荧光团中PL寿命的增强，表明这些过程可以在许多其他染料-金属组件中普遍存在。

Yang, M. et al. Delayed Photoluminescence in Metal-Conjugated Fluorophores. J. Am. Chem. Soc., 2019

Doi:10.1021/jacs.9b04697.

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b04697