说起钙钛矿，就不得不提到Edward H. Sargent教授，在催化领域有着举足轻重地位的他，在量子点与钙钛矿这两种材料中更是占据半壁江山。源于他超高的被引用量，现在闭着眼找一篇“Perovskite”文章，必然会在某个角落溯源到他的名字。根据谷歌学术数据，Sargent教授近五年来的引用次数已达到86000多次，总引用数已经超过113000次，而h指数则达到了恐怖的170，此等大牛使我众凡人望尘莫及。此外，Sargent的文章用词优美，逻辑缜密，一口气读下来酣畅淋漓，令人如沐春风。值得注意的是，大牛Sargent已经出现在美国西北大学（Northwestern University）网页！宇宙第一材料天团从加拿大转移到美国了。https://chemistry.northwestern.edu/people/core-faculty/profiles/ted-sargent.html在多伦多大学的老课题组主页上也可以看到西北大学的标志，看来是‘和平分手’的节奏。老课题组主页：https://light.northwestern.edu/2022年Sargent在老东家完美收官，钙钛矿领域的最后十舞
我们将2022年Sargent教授课题组有关钙钛矿的十篇成果简要介绍，他又发了2篇Nature，2篇大子刊！JACS：宽禁带钙钛矿量子点用于天蓝色发光二极管
基于QD-in-matrix结构的红光二极管在100 cd m-2的初始亮度下已经实现了超过18%的外量子效率，且工作寿命超过2000小时，而在天蓝色发光钙钛矿LEDs中稳定性与外量子效率仍远低于商业化标准。加拿大多伦多大学Edward H. Sargent将CsPbBr3钙钛矿量子点嵌入CsPb1-xSrxBr3钙钛矿阵列中，通过在基质钙钛矿中引入Sr2+来调整晶格匹配、增加带隙，并加入双(4-氟苯基)苯基氧化膦与Sr2+产生强配位作用，由此隔绝H2O，解决了Sr2+的易吸湿性导致的钙钛矿侵蚀。以此获得的QD-in-matrix结构展现出优秀的空气、光照稳定性，以及钙钛矿基质与量子点之间高效的电荷传输；基于此制备的LEDs获得了13.8%的外量子效率与超过了6000cd m-2的超高亮度。https://doi.org/10.1021/jacs.1c12556Advanced Functional Materials：定制前驱体实现了用于固态照明的烷基铵卤化锡钙钛矿磷光器件
在具有宽带自陷态发射的钙钛矿磷光体中，锡基磷光体由于具备很高的光致发光量子产率（PLQY）而倍受关注，但是锡基钙钛矿磷光体的合成需要在惰性气氛中进行。南京大学邓正涛与多伦多大学Edward H. Sargent通过精细调控前驱体，实现了在空气中合成低维锡基钙钛矿，制备的薄膜拥有超过80%的PLQY，且Stokes shift超过150 nm。基于辛胺盐制备的白光发光二极管表现出适宜于家庭照明用途的暖白光发光(相关色温=2654K)，显色指数达到了92，是目前报道最好的无铅钙钛矿WLEDs。https://doi.org/10.1002/adfm.202111346Advanced Materials：原位引入无机配体实现带隙稳定的混合卤素钙钛矿量子点器件
混合卤素钙钛矿纳米晶在配体交换后由于体系中不充分的配体，很容易导致纳米晶表面的不完全钝化。后续引入无机配体可以很好的钝化表面，但无机配体需要高极性溶剂DMF/DMSO来溶解，而高极性溶剂会损害钙钛矿纳米晶的结构，从而导致LEDs器件的不稳定性。多伦多大学士嘉堡分校Oleksandr Voznyy，苏州大学廖良生以及多伦多大学Edward H. Sargent团队报道了在纳米晶纯化过程中，采用极性较小的温和溶剂乙酸乙酯来原位的引入无机配体，所制备的混合卤素钙钛矿胶体可在100W cm-2光照下保持稳定，并在25℃和40%的湿度下稳定超过一年。基于此钙钛矿纳米晶所制备的LED器件实现了24.4%的EQE和极窄的发射(半峰宽为30 nm)；且与已报道的最稳定红光钙钛矿LEDs (EQE＞20%)相比，工作稳定性提高了6倍。https://doi.org/10.1002/adma.202200854ACS Central Science 低维钙钛矿发光和结构的高通量实验评估方法
高通量实验是结合机器人技术、排列组合法和并行处理法来探寻新材料的技术。而金属卤化物钙钛矿是一种具有很大化学组分调整空间的光电材料。加拿大多伦多大学Edward H. Sargent团队开发了一个高通量工作流程来合成和表征发光钙钛矿单晶，通过筛选优化16000种钙钛矿单晶的发光光谱，研究了合成参数与组分对钙钛矿单晶发光强度的影响，此高通量工作流程的加速因子是先前报道合成和表征方法的100倍以上。基于此工作流程，研究人员优化出3,4-二氟苯基甲胺来合成金属卤素钙钛矿，并获得了10%的PLQY。https://doi.org/10.1021/acscentsci.2c00041Nature Photonics：量子尺寸调控的异质结构实现高效率高稳定性的倒置钙钛矿太阳能电池
低维钙钛矿可以通过调节铅卤八面体的层数(n)来实现不同的能带分布。包含2D/3D异质结构的钙钛矿太阳能电池已经实现了大于25%的PCE，但n=1和2的分布却不利于倒置结构电池的载流子传输。多伦多大学Edward H. Sargent与上海科技大学宁志军报告了一种2D/3D混合结构的倒置电池器件。通过分子尺寸较大的有机阳离子3F-PEA，以较慢的结晶速度形成2D结构，形成了n≥3的低维钙钛矿，实现了准稳态认证为23.91%的效率，并且在室温与50%的相对湿度下，未封装的器件连续工作1000小时后性能未衰减。https://doi.org/10.1038/s41566-022-00985-1Nature：改进晶粒表面钝化的全钙钛矿叠层太阳能电池
全钙钛矿叠层太阳能电池有望于突破单节电池的理论极限，但受限于上层Pb-Sn混合窄带隙电池的较短载流子扩散长度，以至于叠层电池无法获得较高的电流密度。南京大学谭海仁课题组与多伦多大学Edward H. Sargent团队采用分子动力学模拟的方法，发现常用的钝化分子PEA+，在钙钛矿结晶的温度下无法很好地钝化表面缺陷；而使用4-三氟甲基苯基铵(CF3-PA)可以增强钝化剂的吸附，它表现出比苯乙胺更强的钙钛矿表面-钝化剂相互作用。通过在前驱液中添加少量的CF3-PA，使窄带隙电池的扩散长度超过了5 μm，效率超过了22%。基于此钝化方法制备的全钙钛矿叠层电池达到了26.4%的认证效率，超过了效率最高的单节钙钛矿太阳能电池。封装后的器件在最大功率点运行600小时后，仍能保持初始性能的90%以上。https://doi.org/10.1038/s41586-021-04372-8Nature Electronics：钙钛矿实现亚毫米光探测和测距
光探测和测距(LiDAR)技术是一种应用于自动驾驶汽车、机器视觉和增强现实的动态遥技术。这些苛刻的测距应用场景需要很高的光电探测器的响应速度和信噪比。硅基器件一直是激光雷达光电探测器在850-950 nm范围内的首要选择。然而，硅的间接带隙特性导致其在近红外区域的吸收系数很低，且需要在响应速度和效率之间进行权衡。多伦多大学Edward H. Sargent团队报道了溶液处理的铅锡二元钙钛矿光电探测器，通过对锡钙钛矿前驱体进行改造，使钙钛矿在精准的化学计量比上结晶，并防止与其空穴传输层形成界面缺陷。该方法从溶液中去除氧气，通过补偿将Sn4+转化为Sn2+，并且不会留下金属锡和SnOx的残留物。制成的器件在850 nm处具有85%的外量子效率，暗电流低于10-8 A cm-2，响应时间大于100 ps，且可以在50微米标准偏差下分辨亚毫米的距离。https://doi.org/10.1038/s41928-022-00799-7Advanced Science：降低准二维钙钛矿的相分布实现稳定的深蓝光电致发光器件
溶液法制备的准2D钙钛矿包含多种不同大小量子阱分布，这种不均匀的结构导致载流子易于陷入最小带隙的部分中，从而限制了深蓝光的发射，并且加速了俄歇复合。多伦多大学Edward H. Sargent与梨花女子大学Dong Ha Kim提出了一种新的准2D钙钛矿制备方法，使制备过程中的溶剂与反溶剂可控的同时蒸发，由此使准2D钙钛矿薄膜中的相分布更加均匀。通过对准二维钙钛矿成膜动力学进行调控，获得了稳定的深蓝色电致发光器件，其峰值发射波长为466 nm，线宽为14 nm。且在EQE为0.1%的情况下显示出280 cd m-2的最大亮度。https://doi.org/10.1002/advs.202201807Nature Review Materials：钙钛矿发光器件商业化路线图
钙钛矿LEDs是下一代高显色高纯度显示器和照明的理想选择。然而钙钛矿的工业化应用还受到几个技术瓶颈的阻碍，如显色再现性不足、工作稳定性低、毒性和大规模生产受限等。多伦多大学Edward H. Sargent与首尔大学Tae-Woo Lee教授团队综述了钙钛矿发光器件的现状，提出一个技术路线图，明确了钙钛矿显色技术进入具有高色彩纯度、虚拟现实显示及通用或特殊照明市场的目标需求。https://doi.org/10.1038/s41578-022-00459-4Nature：调节表面电势使全钙钛矿叠层电池电压最大化
宽带隙电池(~1.7eV)和窄带隙电池堆叠制备的全钙钛矿串联太阳能电池已超越了单节钙钛矿电池的效率记录。尽管叠层电池进展迅速，但宽带隙中开路电压(Voc)损失要大于正常带隙钙钛矿电池，而Voc损失是叠层电池性能提升的下一个窗口。多伦多大学的Edward H. Sargent教授与美国托莱多大学鄢炎发教授提出，Voc损失源于钙钛矿表面的不均匀电位和相差较多的钙钛矿与电子传输层的能级匹配，而常见的单胺分子无法解决这个问题，作者通过向钙钛矿表面引入1,3丙二胺分子（PDA）修饰了钙钛矿的表面态，从而获得更加均匀的表面电势分布，使准费米能级劈裂提高了90 meV，由此得到了Voc为1.33 V的宽带隙电池。将该层与单节窄带隙串联，实现了Voc为2.19 V，效率超过27%，且在工作500小时后仍保持86%以上的初始效率。https://doi.org/10.1038/s41586-022-05541-z【免费】为国内外课题组发布招聘信息，详情联系电话/微信：13632601244
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