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。

280mm×160mm×120mm，采用拼接式，由太阳能电池、小电机（带风扇）、蜂鸣器、发光二极管、连接线、底板组成。探究太阳能的利用。

太阳能电池是能源技术领域发展最快的行业，目前江苏有9家海外上市的太阳能电池公司，2010年产值达到2500亿，相关配套企业有4000多家，目前技术是基于硅的第一代太阳能电池，硅生产是高能耗，极度污染的产业，同时硅成本高是制约太阳能发电成本达到并入电网的瓶颈，所以，发展新一代太阳能电池技术迫在眉睫。本技术采用廉价纳米晶为原材料，让玻璃接收太阳光发电，大

通过氯原子的Cl-S、Cl-π等超分子相互作用调控有机光电材料分子的排列方式，构筑更加适合有机太阳电池器件的材料体系；同时利用共轭聚合物的π-π相互作用作为驱动力控制材料在不同维度上的生长速度，成功制备了二维方块胶束，并积极探索这些二维材料的电学行为响应。氯原子卤键等非共价相互作用对控制有机分子的排列和形貌具有决定性作用，不但可获得高度有序的材料体系，同时相应材料性能也可得到大幅提高，例如和本研究相关的氯取代给体聚合物效率就曾达到了富勒烯类太阳电池的世界一流水平，而且器件稳定性也得到了极大改善，引领了有机太阳电池领域对氯取代的重视和广泛研究。

（专利号：ZL 201410057393.X） 简介：本发明公开了一种锐钛矿型二氧化钛纳米晶溶胶的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。本发明制备过程包括酯化、前躯体的水解以及产物的洗涤，具体是：控制乙醇与乙酸酯化速度，以控制释放出水的量，从而控制前躯体水解的速度，在85-120℃酸性条件下，生成的二氧化钛纳米晶转化为锐钛矿晶型。本发明制备二氧化钛的方法简单、成本低廉，得到的二氧化钛纳米晶分散性良好，适合于制备太阳能电池的光阳极。

太阳能电池的光电转换效率是评判太阳能电池性能的重要参数之一，在国外实验室 最高转换效率已达 24.8%，而国内最高为 19.79%。为了改善太阳能电池的性能，必须提 高太阳能电池的转换效率。而太阳能电池转换效率损失的主要原因是由于表面上的光反 射作用，太阳光不能全部都入射到太阳电池中去，导致电子一空穴对的产生率不高。减 少反射就成为增加太阳能电池光电转换效率的重要途径。 同济大学研究了在太阳能电池光电板外制备减反射涂层来增加太阳能转化效率的方 法。减反射薄膜的镀制是相关课题组纳米多孔材料应用的主要方向之一，具有近十年的 技术积累，相关的成果已被用于国家的激光武器。基于以上基础及优势，通过涂布二氧 化硅减反射膜，可使电池总体光电转换效率明显提高。 

Ø 第三代太阳能电池技术中，染料敏化太阳能电池（DSSC）技术是其中重要的研究项目，其最大优点在于制作简单、原材料便宜、应用范围较大、捕获太阳光的能力较强，适合生产BIPV（建筑一体化光伏）系统。据估算，染料敏化太阳能电池（DSSC）的成本远低于硅电池的成本，能在昏暗甚至是室内人工照明的环境下发挥作用，而晶体硅系统和其他薄膜技术几乎不可能做到这一点。课题组成员多年来从事染料敏化太阳能电池的研究和开发工作，针对染料敏化太阳能电池用无机纳米粉体和薄膜的制备和表征，电解质制备和应用，染料敏化太阳

设计了两种基于双噻吩酰亚胺的n-型聚合物受体材料（见图a）。这两种材料在场效应晶体管中都能达到1 cm2 V−1 s−1 左右的电子迁移率，但是其分子结构的微小变化对太阳能电池性能有巨大影响。研究发现，通过并环的方式将双噻吩酰亚胺结合起来，能够极大的提升聚合物太阳能电池的器件性能，能量转换效率最高可达到6.85%，同时实现较大的开路电压1.04 V（见图b），这是萘（苝）酰亚胺体系以外的聚合物太阳能电池的最好结果。   通过一系列材料和器件表征手段发现，双噻吩酰亚胺并环使得聚合物半导体具有更窄的带隙、更低的导带能级、更高的共面性和结晶度，从而使得并环聚合物半导体具有更高的电子迁移率。同步辐射表明，并环使得高分子半导体在场效应晶体管和太阳能电池器件中具有更合适的分子空间取向（图 2），从而有利于电荷的有效提取，取得更大的电流值和实现更高的能量转化效率。研究结果表明并环设计是实现高性能聚合物n-型材料的有效途径，为新型受体材料设计提供重要参考依据。

CZTS薄膜太阳电池：虽然CIGS 是目前薄膜太阳能电池中光电转换效率最高的太阳能电池，但是由于In和Ga元素是稀有金属，在面向大规模生产时受到元素稀缺的制约。有机-无机杂化钙钛矿太阳电池：将无机材料电子迁移率高、机械性能良好、稳定性高和有机材料光吸收率较高、易加工的优点加以整合，发挥协同效应，提高光伏电池的整体性能，是未来太阳能电池最重要的研究方向。