纳米人编辑部对2018年国内外重要科研团队的代表性重要成果进行了梳理，今天，我们要介绍的是，美国北卡罗莱纳州立大学和内布拉斯加大学林肯分校的黄劲松教授课题组。

黄劲松教授的课题研究组一直专注于有机电子和纳米电子材料及其器件的研究。主要的研究方向：有机太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、光探测器、X光和其他辐射探测器。

下面，我们简要介绍黄劲松教授课题组2018年部分重要成果，供大家交流学习（仅限于通讯作者文章，以online时间为准）。

近年来，钙钛矿太阳能电池因其高的转换效率、简单的制备工艺和低廉的制造成本受到了全球学术界和产业界的广泛关注，发展迅速。钙钛矿太阳能电池实际应用的重要瓶颈和关键问题在于如何实现低成本、大面积、高效率器件及解决稳定性的难题。2018年，黄劲松教授团队在钙钛矿光伏器件领域做出了重要贡献。

1.氩等离子体处理调节钙钛矿表面组成，用于高效光伏器件丨AM

钙钛矿薄膜的表面组成对薄膜加工非常敏感，这会产生不利的缺陷并导致电池的效率损失和光电探测器的响应速度慢。黄劲松课题组首次引入氩等离子体处理钙钛矿薄膜表面以及缺陷类型来改变表面组成。通过抑制电荷复合，可以有效地增强钙钛矿-电极界面上的电荷收集。因此，采用氩等离子体处理的钙钛矿太阳能电池的效率提高到20.4％，钙钛矿光电探测器可以达到最快的响应速度。

XiaoX, et al. Argon Plasma Treatment to Tune Perovskite Surface Composition for High Efficiency Solar Cells and Fast Photodetectors[J]. Advanced Materials,2018.

DOI:10.1002/adma.201705176

http://dx.doi.org/10.1002/adma.201705176

2. 无空穴传输层，刮涂高效钙钛矿太阳能电池丨Nature Commun.

黄劲松课题组通过简化器件结构，通过可扩展的刮刀工艺制造高性能的无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池(PSC)。钙钛矿膜的分子掺杂显著改善了薄膜的导电性及其与导电基底的电子接触，使得串联电阻降低。刮涂制备的无空穴传输层PSC的效率高于20.0％。这项工作为迈向可扩展，经济高效的PSC制造的提供了一条行之有效的途经。

Wu W-Q, et al. Molecular doping enabled scalable blading of efficient hole-transport-layer-free perovskite solar cells[J]. Nature Commuincations,2018.

DOI:10.1038/s41467-018-04028-8

https://doi.org/10.1038/s41467-018-04028-8

3.表活剂辅助刮涂钙钛矿薄膜，制备高效大面积模组丨Nature Energy

复杂的流体动力学限制了大面积均匀无针孔有机-无机钙钛矿薄膜的溶液沉积。黄劲松课题组研究表明非常少量的表面活性剂（例如，1-α磷脂酰胆碱）显着改变流体干燥动力学，并增加钙钛矿前躯体与下表面的非润湿电荷传输层的粘附性。这些添加剂能够以180 m h^-1的涂布速率制备光滑平整的钙钛矿薄膜。同时，表面活性剂还钝化电荷陷阱，使小面积电池效率超过20％。采用刮涂的33.0，57.6 cm²模块效率分别可达15.3％和14.6％。

Deng Y, etal. Surfactant-controlled ink drying enables high-speed deposition of perovskite films for efficient photovoltaic modules[J]. Nature Energy, 2019.

DOI: 10.1038/s41560-018-0153-9

https://doi.org/10.1038/s41560-018-0153-9

4. 25.4%效率，钙钛矿-硅叠层电池的新突破丨Joule

由于其溶液可加工性和可调谐的互补带隙，有机-无机杂化卤化物钙钛矿是串联光伏电池中有希望与硅配对的半导体。黄劲松团队提出，在钙钛矿前体中引入MACl和MAH₂PO₂两种添加剂可以显着改善钙钛矿的宽带隙（1.64-1.70 eV）和薄膜形貌，电压损失仅为0.49-0.51 V。MACl可以增大晶粒尺寸，而MAH₂PO₂通过钝化钙钛矿晶界，减少非辐射复合。在钙钛矿/硅单片串联太阳能电池中，顶部电池的1.64 eV，这使得两个子电池之间的光电流匹配度高。最终，串联开路电压高达1.80 V，效率高达25.4％。

Chen B, et al. Grain Engineering for Perovskite/Silicon Monolithic Tandem Solar Cells with Efficiency of 25.4%[J]. Joule,2018.

DOI: 10.1016/j.joule.2018.10.003

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118304653

5. 揭秘载流子影响钙钛矿稳定性的机理丨Nature Commun.

确定有机-无机卤化物钙钛矿（PSCs）的内在不稳定性的起源是至关重要，尤其是太阳能电池，光电探测器，辐射探测器和发光二极管等方面。黄劲松团队展示了PSC中的自由电荷，无论是通过入射光还是电流注入，都能降低器件的稳定性。同时，有效的电荷提取可以有效地稳定钙钛矿材料。对于PSC内的离子迁移，空穴和电子的过量都会降低其活化能，加速PSC的降解。同时过剩的空穴和电子分别促进阳离子或阴离子的迁移。在光照工作条件下，电池展示出改善的光稳定性，与开路条件相比较，光生载流子被限制在钙钛矿层中。

Lin Y, et al. Excess charge-carrier induced instability of hybrid perovskites[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-07438-w

https://doi.org/10.1038/s41467-018-07438-w

https://doi.org/10.1021/jacs.8b10520

6. 钙钛矿再破纪录，这次不是关于光伏效率！丨Nature Mater.

有机无机杂化钙钛矿在光伏、光电探测器、辐射探测器和发光二极管等方面表现出色性能。机电性能作为无机钙钛矿的主要应用被广泛研究。然而，很少有人调查有机无机杂化钙钛矿的机电性能。基于此，黄劲松课题组在甲铵三碘化铅（MAPbI₃）单晶中发现大的电致伸缩响应。在3.7 V μm^-1的电场下，MAPbI₃显示出大的压缩应变1％，相当于机械能密度高达0.74 J cm^-3，这是目前电致伸缩材料中最高值。

Chen B, et al. Largeelectrostrictiveresponse in lead halide perovskites[J]. Nature Materials, 2018.

DOI: 10.1038/s41563-018-0170-x

https://doi.org/10.1038/s41563-018-0170-x

7. 了解下，钙钛矿比玻璃还稳定！！！丨AM

有机卤化物金属钙钛矿已成为有前途的半导体用作太空太阳能电池和辐射探测器的材料。然而，在运行条件下缺乏对其稳定性的研究。黄劲松团队首次研究在伽马射线和可见光下钙钛矿太阳能电池的稳定性情况。钙钛矿活性层在连续伽马射线和光照射下，在1535小时后仍保持96.8％的初始效。在相同的照射条件下，玻璃的透射率明显下降。研究表明，钙钛矿太阳能电池的优异稳定性得益于自愈性的行为：恢复早期由γ射线照射诱导损失的效率。研究结果揭示了伽马射线照射不会引起钙钛矿的电子陷阱状态。这些观察证明了钙钛矿材料在辐射探测器和太空太阳能电池的应用前景。

YangS, et al. Organohalide Lead Perovskites: More Stable than Glass under Gamma-Ray Radiation[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI:10.1002/adma.201805547

https://doi.org/10.1002/adma.201805547

8. 磺化两性离子，双功能改性钙钛矿薄膜丨AM

黄劲松课题组采用磺酸两性离子，3-（癸基二甲基氨基）-丙烷-磺酸盐内盐（DPSI）改性钙钛矿薄膜质量。该离子能起到调节钙钛矿结晶行为和钝化缺陷的双重作用。结晶控制和缺陷钝化的协同效应显着抑制空洞形成，降低电荷陷阱密度，延长载流子复合寿命。小面积（0.08 cm²）钙钛矿太阳能电池的效率高达21.1％，刮涂制备的大面积（1 cm²）电池的效率为18.3％。在连续光照射下持续480小时，仍保持在初始效率的88％。

Zheng X, et al. Dual Functions ofCrystallization Control and Defect Passivation Enabled by Sulfonic Zwitterions for Stable and Efficient Perovskite Solar Cells[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201803428

https://doi.org/10.1002/adma.201803428

黄劲松教授简介：

美国北卡罗莱纳州立大学和内布拉斯加大学林肯分校教授。于2007年获得加州大学洛杉矶分校材料科学与工程博士学位。其后在美国Agiltron公司先后以研究科学家、资深研究科学家身份工作2 年。于2009 年就职于内布拉斯加大学林肯分校，2014年提前破格提升副教授，2016年破格提升教授。当前，他是该校Susan J. Rosowski讲座教授、材料工程博士学科主席以及William E.Brooks Engineering领导小组成员。

黄劲松博士在有机薄膜太阳能电池（有机-无机铅卤化物钙钛矿太阳能电池）、光电探测器领域取得了举世瞩目的突出科研成绩。迄今他在学术期刊上发表论文100余篇、授权美国专利10项、撰写1本专著和4本专著章节。近五年以通讯作者身份发表 Science 1篇 ，Nature子刊Nature Materials 、 Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Nature Energy、Nature Communications 十几篇，以及 Science Advance、Advanced Materials、Energy & Environmental Science, Advanced Energy Materials数10篇。多篇论文被Nature Materials作为重点介绍，或作为杂志封面文章推荐。所发论文引用次数超过29000次，h因子为71，并入选2015年美国汤森路透全球高被引科学家（材料方向）（Highly CitedResearcher）。

他目前的主要学术兼职包括： Scientific Report副编委、Energy ConversionMaterials编辑和材料研究学会分会主席 (2012, 2015, 2017) 。近年来他获得多个极具影响力的荣誉，包括美国自然科学基金杰青（2013）（NSF CAREER)， 美国国防部杰青（2011） (DODYIP) 、Edgerton创新奖（超快相机发明者创立）（2012）。

课题组主页：

http://www.huanggroup.unl.edu/

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