《《Nature Energy》:金属卤化物钙钛矿材料在能源方面的应用》

  • 来源专题:福建物质结构研究所所级服务
  • 编译者: fjirsmyc
  • 发布时间:2016-05-20
  • 探寻有前景的能量产生和存储材料是本世纪最大的问题之一。由于其环保优势和广泛性,太阳能是重要的可再生能源之一。金属卤化物钙钛矿材料具有可调控的能带带隙、高吸收系数、宽吸收谱、高的电荷迁移率和长电荷扩散距离等优势,在光伏和光电器件中具有广阔的应用前景。短短几年,钙钛矿太阳能电池的转化效率已从最初的3.8%提升到已认证的22.1%。最近,该领域领军人物、牛津大学 Henry J. Snaith 带领研究团队在NPG集团的新刊《自然·能源》撰写了综述类文章(Metal halide perovskites for energy applications, Nature Energy, 2016, DOI: 10.1038/nenergy.2016.48),讨论了通过不同沉积方式获得不同形式的钙钛矿材料以及它们在能源相关方面的应用,展望了未来的挑战和可能的解决方法。

    (摘自 新材料在线

  • 原文来源:http://www.nature.com/articles/nenergy201648
相关报告
  • 《科学家发现RP金属卤化物杂化材料在光电子等领域应用潜力》

    • 来源专题:能源情报网监测服务平台
    • 编译者:郭楷模
    • 发布时间:2025-06-17
    • 近日,科学家在相关研究中发现,Ruddlesden-Popper(RP)金属卤化物杂化材料有望成为应用于光电子和热能存储领域的二维(2D)材料。 Ruddlesden-Popper钙钛矿是一种由无机和有机成分交替构成的层状材料,在发光二极管(LED)、热能存储和太阳能电池板技术等多种应用中展现出成为理想选择的潜力。同时,金属卤化物钙钛矿也被认为是一种极具潜力的光电应用材料,但由于其在室温附近存在多种动态过程,将其集成到器件中面临挑战,且这些材料的结构相变会影响其光学特性。 在最近的研究中,犹他大学研究人员利用温度相关的吸收和发射光谱以及X射线衍射,对钙钛矿的相变行为展开研究。研究人员强调,相变是物质从一种状态到另一种状态的离散变化,像水和钙钛矿等物质具有多种不同性质的固态。在化学系比斯查克实验室进行的实验,证明了相变与材料发射特性之间存在联系,这引入了一种动态控制或可调性,能为技术应用带来多种益处。 具体而言,由于钙钛矿同时含有有机和无机成分,有机层会发生相变,进而影响无机层的结构,有机层和无机层的相互作用会彻底改变材料的性质。新研究的资深作者、助理教授Connor Bischak表示:“这些几乎油腻的链状物会结晶在一起。当达到一定温度时,它们会融化并变得更加无序。熔化过程会影响无机成分的结构,从而控制材料发射的光量及其波长。”他还指出,钙钛矿可在分子水平上轻松操控,发射波长能从紫外线调节到近红外。 研究人员强调,薄如晶片的钙钛矿光学特性会随温度变化而改变。在发表于《Matter》杂志的研究中,研究人员称:“我们还观察到,无机层中细微的八面体畸变会导致带隙随温度而发生连续变化。总而言之,我们的研究结果揭示了相变过程中的结构变化如何影响二维钙钛矿的光电特性。” 此外,钙钛矿为下一代太阳能电池技术提供了强大优势。长期以来,硅一直是太阳能电池的标准材料,但因其高能耗的制造工艺和持续存在的供应链问题,面临诸多限制。相比之下,钙钛矿是一种可溶液加工的材料。比斯查克补充道:“这意味着你基本上将所有这些前体化学物质溶解在溶剂中,然后就可以制作太阳能电池,就像用墨水打印一样。”
  • 《欧阳晓平院士等:用于X射线探测的金属卤化物钙钛矿闪烁体研究进展》

    • 来源专题:关键矿产与绿色冶金
    • 编译者:欧冬智
    • 发布时间:2025-07-04
    • X射线检测技术在医疗影像和工业无损检测中至关重要。传统闪烁体材料如CsI:Tl和GOS存在吸湿性、响应慢、成本高等瓶颈。金属卤化物钙钛矿(MHPs)因其高原子序数和近100%的发光效率,成为新一代高性能闪烁体的研究焦点。然而,提升其光产额、响应速度及稳定性仍是亟待解决的问题。钙钛矿材料在X射线中的应用始于2002年,通过混合有机-无机钙钛矿(C?H??NH?)?PbI?的推出,并在2016年发现了一种光产率高达120,000Ph -MeV?1的MHP材料,为基于闪烁的辐射检测效率设定了新基准。此后,研究人员通过成分调整和结构工程优化MHP特性,提高了各种模态的检测性能。这些材料在医学成像、安全系统和工业检测方面的实际应用变得更加可行。本文亮点包括:提高MHP闪烁体光产率的策略,如优化结晶度、构建约束效应以减少非辐射重组途径、利用自捕获激子(STE)发射抑制自吸收、用发射中心掺杂以及构建能量转移(ET)通道。阐明了响应时间调制在闪烁体中的关键作用及其对响应动力学和探测系统整体有效性的影响,并详细说明了如何调整衰减时间调制以满足各种应用的需求。介绍了高分辨X射线探测的创新工程技术发展,如堆叠成像的构建、波导效应、手性圆偏振发光(CPL)和透明度的提高。探讨了MHP闪烁体面临的挑战,并为其未来发展和应用提供了有洞察力的观点。MHP闪烁体的机理包括三个关键过程:X射线通过光电效应和康普顿散射等机制与物质相互作用,产生大量次级电子-空穴对;电荷载流子在纳米至皮秒时间尺度内迁移,可能被晶格缺陷捕获或自陷于畸变晶格中,导致非辐射损失;最终,存储能量通过激子复合、STE发射、TADF发射和长余辉发光四种机制释放。这些机制共同决定了闪烁体的光产额、响应速度及余辉特性,为高分辨率X射线成像与辐射探测提供了材料设计理论基础。