近日，由南京邮电大学信息材料与纳米技术研究院、省部共建有机电子与信息显示国家重点实验室培育基地黄维院士、新加坡国立大学化学系刘小钢教授（教育部长江讲座教授）以及福州大学杨黄浩教授带领的国际合作团队在长期研究的基础上，发现了一类含有铯和铅重原子成分的全无机钙钛矿纳米晶闪烁体，在X射线闪烁体研究领域取得突破性的重大进展。相关研究成果已发表在《自然》杂志。 　　X射线成像技术广泛应用于医学诊断、国防工业、核技术和辐射安全检测等重要领域，X射线技术应用中的核心器件是闪烁体材料，它可将高能X光子转化为低能量的可见光，以实现X射线检测与成像，常用于辐射探测和安全防护。但是，目前绝大多数的闪烁体材料在高温条件下煅烧合成，不仅价格昂贵，而且对X射线光子能量的转化效率有限，同时其辐射发光波长也不易调控，此次黄维院士团队的新发现使解决X射线检测与成像技术中这一技术难题成为可能。 　　相较于传统闪烁体，基于全无机钙钛矿纳米晶制备而成的新型闪烁体在可见光区可调谐，对X射线具有非常高效的辐射发光响应，不仅实现了基于该新型闪烁体的彩色辐射发光显示，还证实了该纳米材料在超灵敏X射线检测和高分辨X射线成像技术领域的应用。研究发现表明铯和铅重原子成分能够使闪烁体具有较强的X射线吸收能力、高效的三重态发光特征、可调控的电子能级结构以及较快的辐射发光速率。利用该类无机材料的本征特性以及简易廉价的纳米合成技术，黄维院士团队实现了对X射线光子的高效转化和发光颜色的精细调控，为多彩辐射发光显示技术和超灵敏X射线检测与成像技术发展提供坚实的基础。此外，新型闪烁体的发现为制备大面积柔性闪烁体膜提供了可能性，可极大地提高X射线检测与成像灵敏度，降低X射线在医学诊断和X光机安全检查等方面的辐射使用剂量，使得基于X光的应用更加安全。 　　该研究成果对X射线闪烁体材料的发展与应用具有极为重要的科学意义，为实现闪烁体材料的性能调控提供了全新思路和途径。这类钙钛矿纳米晶闪烁体的出现，不仅能够大大促进X射线检测技术与成像原理在医学成像、国防工业、安全检查和高能物理研究等众多传统领域的进一步发展，同时也在基于纳米发光材料的新兴领域如光动力疗法具有广阔的应用前景。 　　相关研究工作以“All-inorganic Perovskite Nanocrystal Scintillators”为题于8月27日于Nature杂志在线发表，我校信息材料与纳米技术研究院黄维院士为本论文的共同通讯作者。该研究工作得到了国家重大科学研究（973）计划（2015CB932200 钙钛矿型太阳电池的基础研究）和国家自然科学基金（21635002, 21471109, 21210001、21405143）的支持。 　　据悉，2014年以来，黄维院士领衔的创新团队已相继在《自然》（Nature）《自然•材料》（Nature Materials）《自然•纳米技术》（Nature Nanotechnology）《自然•光子学》（Nature Photonics）和《自然•通讯》（Nature Communications）等国际顶尖学术期刊上发表一系列重要学术成果。此次发现的全无机钙钛矿纳米晶闪烁体实现多彩辐射发光和超灵敏X射线检测，是该团队在Nature系列期刊上的又一佳作，标志着该团队在高端人才引育、科研成果体现、交叉学科建设和国际交流合作等方面取得突出成效，同时，进一步夯实了南京邮电大学建设世界一流学科的学术基础。

通过在阴极界面处引入高稳定性系列金属乙酰丙酮化合物能够有效增强电子抽取能力。通过紫外光电子能谱(UPS)、凯尔文探针（SKPM）、荧光淬灭谱（PL）等一系列表征手段，验证了金属乙酰丙酮化合物能起到很好的界面能带弯曲和金属表面功函调节功能，从而促进电子的高效转移。电池效率由12%提高到18%，小面积冠军电池效率达到18.69%，而且无明显回滞现象。该效率值在平面结钙钛矿电池中极具竞争力。同时区别于之前报道的界面层材料，金属乙酰丙酮化合物成本低，且具有很高的化学稳定性和热稳定性，因此在电池制造工艺和后续电池应用环境中非常稳定。这不仅显著增强电池自身的稳定性而且大大拓展了钙钛矿电池的工艺窗口，对钙钛矿电池大面积生产至关重要。基于这一点，制备的大面积电池效率达到了16.01%。值得一提的是，电池所有制备工艺都是简单溶液法，而且温度都低于100oC，这也为钙钛矿柔性电池技术的开发打下基础。

2021 年 3 月 26 日，Science（《科学》）在线发表了西北工业大学黄维院士团队的研究成果 Stabilizing black-phase formamidinium perovskite formation at room temperature and high humidity。此项研究独创性地提出以一种多功能的“离子液体”作为溶剂来替代传统的有毒的有机溶剂制备钙钛矿光伏材料，用这一方法制备的材料具有稳定性高、制备工艺简单等优势。相关研究成果解决了传统钙钛矿光伏材料制备过程中的世界性难题，实现了光伏领域的重大突破。离子液体及其制备的钙钛矿太阳能电池 团队研发的可折叠柔性电子产品。目前，全球以“光伏”为代表的可再生能源产业链驶入发展快车道。其中，钙钛矿光伏功不可没，它相比传统太阳能电池板中使用的硅晶体，不仅更便宜、更轻薄、可变型，同时成本也更低廉、更环保，在应用范围上将产生颠覆性变革。因此，钙钛矿光伏材料的研究已经成为各国科学家追逐的“热点”。“未来，沙漠腹地、楼宇外墙、手机等都不再需要传统电池，只需要一块更低廉、更清洁，薄如纸张的钙钛矿太阳能电池就能够满足所需。同时，还可以应用在柔性可穿戴、航天器搭载等重要领域。” 团队“大师兄”晁凌锋对钙钛矿光伏材料应用前景充满信心。 黄维院士团队致力于钙钛矿光伏材料研究，通过原始创新解决材料不稳定、光电转化率不高、工艺制备复杂且污染性较高等卡脖子难题。 

本发明属于微纳制造技术领域，并公开了一种无机钙钛矿太阳 能电池，包括导电基底、电子收集层、光吸收层、空穴传输层和碳对 电极层，导电基底包括玻璃基片及两块 FTO 导电层，两块 FTO 导电层之间具有分隔槽;电子收集层包括致密 TiO2 层和介孔 TiO2 层，致 密 TiO2 层沉积在玻璃基片的分隔槽处和其中一块 FTO 导电层的上表 面上，介孔 TiO2 层沉

本发明公开了一种油溶性Ｍｎ掺杂ＣｓＰｂ（Ｃｌ／Ｂｒ）３双发射纳米晶及其制备方法，其具体制备步骤包括：（１）微乳法合成全无机ＣｓＰｂＢｒ３钙钛矿纳米晶前驱体；（２）卤素离子交换辅助的Ｍｎ?ｔｏ?Ｐｂ的离子交换。该制备方法是在室温下进行，过程简单、容易操作、原料供给方便、原料价格低廉，在一般的化学实验室均能完成，易于推广；所制备的Ｍｎ掺杂ＣｓＰｂ（Ｃｌ／Ｂｒ）３纳米晶，具有来自钙钛矿本征发射和Ｍｎ离子发射两个发射峰；该制备方法获得的Ｍｎ掺杂ＣｓＰｂ（Ｃｌ／Ｂｒ）３双发射纳米晶不仅具有高的５６％荧光量子产

近日，天津大学赵广久教授团队在钙钛矿材料的激发态化学机制研究方面取得突破性进展。相关研究成果发表在《Chemical Engineering Journal》（IF: 10.65）上。该团队首次合成了一种新型非铅双钙钛矿材料，并调控晶格畸变，调控了激发态载流子动力学，从而显著促进了光致发光量子产率的提升，对进一步的材料开发和应用有很强的指导意义。 研究背景 在过去的十年中，关于钙钛矿材料的开发和应用一直在光伏电池和发光领域得到了极大的发展。钙钛矿纳米晶体的与其块状材料相比，具有许多优势，例如钙钛矿纳米晶具有高的光致发光量子产率，颜色可调，同时易于大规模制备柔性器件。因此，卤化钙钛矿纳米晶体已成为研究人员的重要研究对象。 不幸的是，铅的毒性限制了卤化铅的进一步应用钙钛矿纳米晶体。最近报道了一些无铅钙钛矿纳米晶体的合成，但是其很难构造3D的钙钛矿结构，导致性能不佳。铅基钙钛矿的出色光学性能NC由独特的3D钙钛矿结构和ns2电子轨道，使其具有优异的电荷载流子行为。同时，几种双钙钛矿纳米晶体 3D结构取得了一些进展。但是有两个问题仍然存在。一种是开发更新颖的双纳米晶体来配合设备的应用；另一种是使用高精度光谱探索更深层次的激发态动力学。因此，更有效的合成技术改造和更深刻的载流子动力学研究是目前最有效的方法，这可提高无铅钙钛矿纳米晶体的应用前景。 研究基础 在前期的研究中，团队在钙钛矿光电材料设计与机理研究方面取得了一系列的原创性成果。前期我们团队通过离子掺杂诱导相转变，从非活性相转变为活性相，使得发光效率得到大幅度提高 (Angew. Chemie. Int. Ed. 2019, 58, 11642.) ; 在认识到晶型对发光调控的重要影响后，我们进一步地通过离子掺杂控制晶格变形程度进而调控发光峰的宽度，可以在实现高发光效率的同时随意控制发光峰宽度的窄化和拓宽(Chem. Eng. J. 2020, 125367; J. Lumin. 2020, 117045; 2D Mater. 2020, 7, 031008.)；最后我们为了开发多手段实现构象调控，我们通过引入不同的左右旋手性基团，从而实现手性的传递和放大(J. Mater. Chem. C. 2020, 8, 5673. Phys. Chem. Chem. Phys. 2020, 22, 17299.)。 研究进展 在这项工作中，赵广久团队创新地开发了高效光致发光钠铋双钙钛矿Cs2NaBiX6（X = Cl，Br）纳米晶体。该团队通过离子掺杂控制晶格畸变，促进自陷态激子的捕获，实现了超快的热载流子弛豫；同时，DFT理论计算分析表明离子掺杂后的晶体的能带结构从间接带隙转变为直接带隙，促进了电子空穴的辐射复合；此外离子掺杂也降低了晶体的体相缺陷，减少了缺陷产生的非辐射复合。以上三者的贡献综合作用从而大幅度促进了光致发光产率的提升，结果离子掺杂后的双钙钛矿Cs2NaBiCl6 NCs可显示约16％的明亮宽带光致发光PLQY，高于迄今为止报告的单组分钙钛矿发光材料（2-10％）。我们的研究为未来的新材料的开发和应用提供了指导。

项目成果/简介:近日，天津大学赵广久教授团队在钙钛矿材料的激发态化学机制研究方面取得突破性进展。相关研究成果发表在《Chemical Engineering Journal》（IF: 10.65）上。该团队首次合成了一种新型非铅双钙钛矿材料，并调控晶格畸变，调控了激发态载流子动力学，从而显著促进了光致发光量子产率的提升，对进一步的材料开发和应用有很强的指导意义。 研究背景 在过去的十年中，关于钙钛矿材料的开发和应用一直在光伏电池和发光领域得到了极大的发展。钙钛矿纳米晶体的与其块状材料相比，具有许多优势，例如钙钛矿纳米晶具有高的光致发光量子产率，颜色可调，同时易于大规模制备柔性器件。因此，卤化钙钛矿纳米晶体已成为研究人员的重要研究对象。 不幸的是，铅的毒性限制了卤化铅的进一步应用钙钛矿纳米晶体。最近报道了一些无铅钙钛矿纳米晶体的合成，但是其很难构造3D的钙钛矿结构，导致性能不佳。铅基钙钛矿的出色光学性能NC由独特的3D钙钛矿结构和ns2电子轨道，使其具有优异的电荷载流子行为。同时，几种双钙钛矿纳米晶体 3D结构取得了一些进展。但是有两个问题仍然存在。一种是开发更新颖的双纳米晶体来配合设备的应用；另一种是使用高精度光谱探索更深层次的激发态动力学。因此，更有效的合成技术改造和更深刻的载流子动力学研究是目前最有效的方法，这可提高无铅钙钛矿纳米晶体的应用前景。 研究基础 在前期的研究中，团队在钙钛矿光电材料设计与机理研究方面取得了一系列的原创性成果。前期我们团队通过离子掺杂诱导相转变，从非活性相转变为活性相，使得发光效率得到大幅度提高 (Angew. Chemie. Int. Ed. 2019, 58, 11642.) ; 在认识到晶型对发光调控的重要影响后，我们进一步地通过离子掺杂控制晶格变形程度进而调控发光峰的宽度，可以在实现高发光效率的同时随意控制发光峰宽度的窄化和拓宽(Chem. Eng. J. 2020, 125367; J. Lumin. 2020, 117045; 2D Mater. 2020, 7, 031008.)；最后我们为了开发多手段实现构象调控，我们通过引入不同的左右旋手性基团，从而实现手性的传递和放大(J. Mater. Chem. C. 2020, 8, 5673. Phys. Chem. Chem. Phys. 2020, 22, 17299.)。 研究进展 在这项工作中，赵广久团队创新地开发了高效光致发光钠铋双钙钛矿Cs2NaBiX6（X = Cl，Br）纳米晶体。该团队通过离子掺杂控制晶格畸变，促进自陷态激子的捕获，实现了超快的热载流子弛豫；同时，DFT理论计算分析表明离子掺杂后的晶体的能带结构从间接带隙转变为直接带隙，促进了电子空穴的辐射复合；此外离子掺杂也降低了晶体的体相缺陷，减少了缺陷产生的非辐射复合。以上三者的贡献综合作用从而大幅度促进了光致发光产率的提升，结果离子掺杂后的双钙钛矿Cs2NaBiCl6 NCs可显示约16％的明亮宽带光致发光PLQY，高于迄今为止报告的单组分钙钛矿发光材料（2-10％）。我们的研究为未来的新材料的开发和应用提供了指导。

该工作打破了基于有机小分子为空穴界面层的倒置型钙钛矿电池最高效率记录，为发展高效、稳定的钙钛矿太阳能电池提供了新思路和材料体系。

钙钛矿太阳能电池作为新型光伏技术，需要在“效率-成本-寿命”三个方面与市场化成熟的晶硅太阳能电池或者CdTe薄膜太阳能电池获得比较优势，才有可能实现规模化应用。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 钙钛矿太阳能电池是2009年诞生的新型光伏技术，短短10来年时间，其光电转换效率提升十分迅猛，几乎追平了商业化发展多年的多晶硅、CIGS、CdTe等太阳能电池。并且，钙钛矿太阳能电池不包含稀缺元素，材料和工艺成本低廉，量产后组件成本有望达到晶硅太阳能电池的50%-70%。目前，国内外均投入了大量研发资金，头部企业预期在2年内实现第一代钙钛矿光伏产品的量产。推动廉价、高效的钙钛矿太阳能电池产业化，对于获得廉价的可再生能源，具有重要的现实意义。 太阳能电池的用途方向主要包括：消费电子、移动电源、分布式光伏发电、地面电站等领域。钙钛矿太阳能电池作为新型光伏技术，需要在“效率-成本-寿命”三个方面与市场化成熟的晶硅太阳能电池或者CdTe薄膜太阳能电池获得比较优势，才有可能实现规模化应用。钙钛矿太阳能电池目前有很多技术分支，其中，本成果采用基于稳定Bi基金属电极的反式平面结构，在兼顾实现“效率-成本-寿命”产业化三要素方面具有独特优势。

目前商业化的医用X-CT均选用透明陶瓷作为探测器的闪烁体材料，因为闪烁体为X-CT的核心技术，其性能很大程度上决定着X-CT的性能。我国已成为医疗X-CT的生产大国，但是其核心部件X-CT的探测器却完全被国外垄断，只能依赖进口。本实验室所拥有的高光学质量透明陶瓷制备技术可方便的用于X-CT陶瓷闪烁体的制备。除医疗设备领域外，透明陶瓷闪烁体在国内外工业X-CT市场、在探伤、反恐、石油勘探、机场和港口安检等领域也具有很大的市场潜力。