2023年2月17日和18日，中科院大连化学物理研究所研究员/陕西师范大学材料学院刘生忠教授团队分别在Adv. Mater.（IF=32.086）和Adv. Energy Mater.（IF=29.698）上发表了三篇最新研究成果，即“Interlayer-Spacing Engineering of Lead-Free Perovskite Single Crystal for High-Performance X-ray Imaging”、“Lead(II) 2-Ethylhexanoate for Simultaneous Modulated Crystallization and Surface Shield to Boost Perovskite Solar Cell Efficiency and Stability”和“Orientation Engineering via 2D Seeding for Stable 24.83% Efficiency Perovskite Solar Cells”。下面，对三篇最新成果进行简要的介绍，以供大家学习和了解！
研究成果1.Adv. Mater.：无铅钙钛矿单晶层间距工程助力高性能X射线成像无铅A3Bi2I9型钙钛矿由于其高体电阻率、强X射线吸收和减少的离子迁移，被证明是一类用于高性能X射线检测的有前途的半导体。然而，由于它们沿c轴的层间距离很长，它们沿垂直方向的有限载流子传输是提高其检测灵敏度的瓶颈。基于此，刘生忠教授和陕西师范大学刘渝城教授（通讯作者）等人报道了一种新型的具有全氨基（NH2）末端的氨基胍（AG）的A位点阳离子，通过形成更多更强的N-H··I氢键来缩短层间距。测试发现，所制备的大尺寸AG3Bi2I9单晶体（SCs）使层间距离更短，其迁移率-寿命达到了7.94×10−3 cm2 V−1，比最佳MA3Bi2I9 SC（2.87×10−2 cm2 V−2）上测得的值高3倍。因此，在AG3Bi2I9 SC上制造的X射线探测器具有5791 uC Gy−1 cm−2的高灵敏度、2.6 nGy s−1的低检测限和690 μs的短响应时间，所有这些都远远优于最先进的MA3Bi2I9 SC探测器。此外，高灵敏度和高稳定性的结合实现了惊人的高空间分辨率（8.7 lp mm−1）X射线成像。总之，该工作将有助于开发低成本、高性能的无铅X射线探测器。图1. AG3Bi2I9的结构设计和表征图2. AG3Bi2I9 SC的光电性能图3. AG3Bi2I9 SC的X射线检测性能图4. AG3Bi2I9 SC探测器的探测极限、响应速度和稳定性图5. AG3Bi2I9 SC基探测器的X射线成像总之，作者设计了一种新的A位点氨基胍（AG）阳离子，所有的末端都是-NH2基团，以收紧329-型卤化物钙钛矿衍生物的晶格。测量结果表明，AG3Bi2I9晶体具有更短的层间距离和更大的迁移率-寿命（μτ）。在所有329-型HP X射线探测器中，由AG3Bi2I9 SC制成的探测器实现了最高的灵敏度和最高的空间分辨率。此外，AG3Bi2I9 SC探测器也表现出非常低的检出限和对X射线的快速响应。上述优异的X射线响应与高稳定性相结合，使AG3Bi2I9 SC探测器能够以远低于常规医疗诊断最低标准的剂量率实现高分辨率X射线成像。该工作将促进新一代低成本、高性能X射线探测器的商业化。Interlayer-Spacing Engineering of Lead-Free Perovskite Single Crystal for High-Performance X-ray Imaging. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202211977.https://doi.org/10.1002/adma.202211977.2.Adv. Mater.：LDE助力PSCs的效率和稳定性钙钛矿捕光层的体积和表面是影响其载流子传输和长期稳定性的两个关键因素。基于此，刘生忠教授和陕西师范大学Wangen Zhao（共同通讯作者）等人报道了通过反溶剂工艺将2-乙基己酸铅（lead(II) 2-ethylhexanoate, LDE）引入到钙钛矿薄膜中，通过结晶调控和缺陷钝化改变了结晶过程的反应动力学，从而得到高效且稳定的甲脒（FA）基钙钛矿太阳能电池（PSCs）。此外，LDE的加入改变了结晶动力学，减缓了结晶过程，产生了缺陷较少的高质量FA基钙钛矿薄膜，并实现了24.84%的高功率转换效率（PCE），开路电压（VOC）为1.185 V，VOC损失为0.375 V。经LDE处理的未包封器件稳定性更好，在85 ℃热试验300 h后，其初始效率仍保持在85%以上，在相对湿度（RH）为~25%的常压条件下保存3000 h后，其初始PCE仍保持在91%以上。图1. 器件结构和光伏性能图2. 钙钛矿薄膜的结晶过程图3. 钙钛矿薄膜的表面性质及电荷转移动力学图4. 钙钛矿太阳能电池器件的表征总之，引入LDE来调节FA基钙钛矿膜的结晶动力学。作者发现LDE的引入减缓了钙钛矿膜的结晶速率，产生了高质量的FA基钙钛矿膜。此外，羧基与钙钛矿表面上未配位的Pb自发反应，形成长烷基链的屏蔽，以保护钙钛矿膜免受外部化学攻击。基于最佳的FA基钙钛矿膜，可以达到24.84%的最佳PCE，VOC损失为375 mV，填充因子（FF）为81.90%。该策略通过同时提高钙钛矿层的体积和表面质量，为高性能PSCs铺平了道路。Lead(II) 2-Ethylhexanoate for Simultaneous Modulated Crystallization and Surface Shield to Boost Perovskite Solar Cell Efficiency and Stability. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202211006.https://doi.org/10.1002/adma.202211006. 3.Adv. Energy Mater.：稳定效率为24.83%的PSCs有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSCs）作为一种有发展前景的光伏技术，而被广泛研究，其中钙钛矿薄膜的取向对其功率转换效率（PCE）和稳定性起着至关重要的作用。基于此，刘生忠教授和陕西师范大学刘治科教授（共同通讯作者）等人报道了利用种子介导的生长方法，原位生长一层二维（2D）钙钛矿种晶，在其上外延生长3D钙钛矿，构建高质量的2D/3D异质结。研究发现，外延3D钙钛矿薄膜呈现出优选[112]方向，不同于传统钙钛矿的优选[001]方向。测试发现，基于2D/3D异质结，结合界面修饰策略，该PSC的PCE达到了24.83%，短路电流（JSC）为25.21 mA cm−2，开路电压（VOC）为1.19 V，填充因子（FF）为82.61%。未封装的器件在环境空气中存储1650 h和在85 °C下加热500 h后，分别保持其初始效率的95%和89%。因此，该工作为获得高质量、取向可调的钙钛矿薄膜提供了一种有效的策略，同时提高了PSCs的效率和稳定性。图1. 2D SEED的表征图2. SSM和DSM钙钛矿薄膜的表征图3. SSM和DSM PSCs的性能图4. SSM和DSM钙钛矿薄膜的性能总之，作者利用DAB作为有机间隔剂，证明了3D钙钛矿在2D RP钙钛矿上的自发外延生长。基于2D/3D异质结，并结合DAB界面修饰策略，FA0.85MA0.15PbI3 PSCs的PCE达到了24.83%。未封装的器件在环境空气中存储1650 h或在85 °C下加热500 h后分别保持其初始效率的95%和89%，并且在连续照明下MPP跟踪200 h后，封装的器件保持其初始PCE的88%。该工作为钙钛矿薄膜多向外延生长构建高效稳定PSCs的2D/3D异质结提供了参考。Orientation Engineering via 2D Seeding for Stable 24.83% Efficiency Perovskite Solar Cells. Adv. Energy Mater., 2023, DOI: 10.1002/aenm.202204260.https://doi.org/10.1002/aenm.202204260.人物介绍刘生忠，大连化学物理研究所研究员/陕西师范大学材料学院教授 DNL1606组组长/新能源材料团队负责人。研究方向：1、硅薄膜太阳电池研究；2、非晶硅薄膜-单晶硅异质结（HIT）电池研究；3、高稳定、高效钙钛矿电池；4、光电催化分解水制氢。其它详见：https://2011-ichem.xmu.edu.cn/info/1035/3205.htm和http://mse.snnu.edu.cn/szdw/szjg1/xnyclyjtd/js/lsz.htm
