DOI: 10.1002/aenm.201902256
研究背景：
有機-無機金屬鹵化物鈣鈦礦材料由于具有寬光譜響應(yīng)范圍、高消光系數(shù)、高載流子遷移率、長電子-空穴擴散距離以及相對簡單的制造工藝等優(yōu)點，已經(jīng)成為最熱門的半導(dǎo)體光電材料，被廣泛應(yīng)用于太陽電池、發(fā)光二極管、光催化、光電探測器、X射線成像等。特別是在太陽電池領(lǐng)域上，最高認證效率已經(jīng)達到25.2%。目前高效率的太陽電池基本都是采用平整光滑無孔洞的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。然而，這種傳統(tǒng)的鈣鈦礦薄膜形貌在光學(xué)性質(zhì)和電荷傳輸性能上依然存在一定的劣勢，如光捕獲能力不足、反射率高以及通常電子與空穴需要傳輸幾百納米才能被收集、與其它功能材料界面接觸面積有限等。因此，要進一步突破光電轉(zhuǎn)化效率的理論極限，必須另辟蹊徑。相對于平整光滑無孔洞的鈣鈦礦薄膜，新興的具有特定紋理多孔形貌的鈣鈦礦薄膜顯示出更強的光捕獲能力和電荷收集能力，極具潛力進一步突破光電器件的理論效率極限。
本文亮點：
揭示了傳統(tǒng)鏡面光滑鈣鈦礦薄膜在光學(xué)和電學(xué)上的局限性。
介紹了幾種新興紋理多孔鈣鈦礦形貌的結(jié)構(gòu)特點、制備策略與形成機理。
總結(jié)了紋理多孔鈣鈦礦在光散射，載流子傳輸與平衡，以及鈍化缺陷等方面的優(yōu)勢。
展望了紋理多孔鈣鈦礦薄膜在其它光電應(yīng)用的巨大潛力。
最近新興的具有紋理多孔形貌的鈣鈦礦薄膜為進一步提高光電器件的性能提供了新思路。目前，盡管基于傳統(tǒng)平滑的薄膜的鈣鈦礦器件已經(jīng)獲得不錯的光電轉(zhuǎn)換效率，但是對光的捕獲效率不夠高，載流子容易發(fā)生復(fù)合等固有短板限制了效率的進一步提升。近日，中山大學(xué)團隊聯(lián)合澳大利亞昆士蘭大學(xué)團隊系統(tǒng)地總結(jié)了各種新興的具有紋理多孔形貌（如珊瑚狀、迷宮狀、柱狀或準(zhǔn)核殼結(jié)構(gòu)）的鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)特點和形成機理，揭示了其用于進一步提升太陽電池和發(fā)光二極管器件性能的獨特優(yōu)勢，最后展望其在其它光電器件中的潛在新應(yīng)用。相關(guān)研究成果以“The Rise of Textured Perovskite Morphology: Revolutionizing the Pathway toward High-Performance Optoelectronic Devices”為題發(fā)表在Adv. Energy Mater.上。該綜述旨在介紹新興的具有各種特異紋理形貌的鈣鈦礦薄膜，揭示其高效光捕獲和載流子傳輸?shù)膬?nèi)在機理，并展望其在眾多光電器件的應(yīng)用中大放光彩。
這篇研究進展綜述首先概述了幾種制備紋理多孔形貌鈣鈦礦薄膜的創(chuàng)新合成策略，包括結(jié)合基底誘導(dǎo)和吹氣法、溶解-再沉淀法、添加劑輔助法等得到底部致密，頂部粗糙多孔的雙層結(jié)構(gòu)鈣鈦礦薄膜。這種紋理鈣鈦礦形貌具有微納尺寸的多孔結(jié)構(gòu)，可以有效散射入射光，增長光在鈣鈦礦薄膜內(nèi)部的光程，展現(xiàn)出優(yōu)異的光捕獲能力。此外，多孔骨架，有助于功能材料更好地滲入到鈣鈦礦層從而構(gòu)建體相異質(zhì)結(jié)，有利于界面載流子提取、平衡輸運以及實現(xiàn)缺陷鈍化。基于紋理形貌的鈣鈦礦太陽電池有望突破Shockley–Queisser的效率極限。在發(fā)光二極管的應(yīng)用上，創(chuàng)造了21.6%的EQE效率記錄。最后，作者深入淺出地預(yù)言了此類紋理多孔形貌的鈣鈦礦薄膜將會在基于鈣鈦礦基的高效光電器件掀起一場新革命，指明其在半透明電池基智能窗戶、異質(zhì)結(jié)電池、無電荷傳輸層電池以及鈣鈦礦基光催化領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。
長期致力于新型半導(dǎo)體納米材料的合成，高性能光電器件設(shè)計、性能優(yōu)化與相關(guān)機理研究。目前已在Chem. Soc.Rev.、Nat. Commun.、Sci. Adv.、J. Am. Chem.Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.和Energy Environ. Sci.等期刊上發(fā)表SCI收錄論文50多篇，引用近3000次。
中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，2011年入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃；2016年獲聘為廣東省“珠江學(xué)者”特聘教授；2016年入選廣東省百千萬工程領(lǐng)軍人才。課題組圍繞新能源材料與光電應(yīng)用開展研究：主要從事無機光電材料的設(shè)計、合成與太陽能利用，包括鈣鈦礦太陽電池，光/光電催化分解水和光催化CO2還原等方面的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。團隊已在Nat. Commun.、J. Am. Chem.Soc、Angew. Chem. Int. Ed、Adv. Mater.和EnergyEnviron. Sci.等國內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI收錄論文170多篇，被他人引用11000多次。
澳大利亞昆士蘭大學(xué)化工學(xué)院納米材料中心主任，澳大利亞基金委桂冠教授。主要從事半導(dǎo)體納米材料的合成及其在清潔能源轉(zhuǎn)化與存儲領(lǐng)域包括光催化制氫和新型太陽能電池等的應(yīng)用。先后在NatureEnergy, Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew Chem等國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文400余篇，論文被引用22000余次。
