納米人編輯部對2018年國內外重要科研團隊的代表性重要成果進行了梳理，今天，我們要介紹的是，美國北卡羅萊納州立大學和內布拉斯加大學林肯分校的黃勁松教授課題組。
黃勁松教授的課題研究組一直專注于有機電子和納米電子材料及其器件的研究。主要的研究方向：有機太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池、光探測器、X光和其他輻射探測器。
下面，我們簡要介紹黃勁松教授課題組2018年部分重要成果，供大家交流學習（僅限于通訊作者文章，以online時間為準）。
近年來，鈣鈦礦太陽能電池因其高的轉換效率、簡單的制備工藝和低廉的制造成本受到了全球學術界和產業界的廣泛關注，發展迅速。鈣鈦礦太陽能電池實際應用的重要瓶頸和關鍵問題在于如何實現低成本、大面積、高效率器件及解決穩定性的難題。2018年，黃勁松教授團隊在鈣鈦礦光伏器件領域做出了重要貢獻。
1.氬等離子體處理調節鈣鈦礦表面組成，用于高效光伏器件丨AM
鈣鈦礦薄膜的表面組成對薄膜加工非常敏感，這會產生不利的缺陷并導致電池的效率損失和光電探測器的響應速度慢。黃勁松課題組首次引入氬等離子體處理鈣鈦礦薄膜表面以及缺陷類型來改變表面組成。通過抑制電荷復合，可以有效地增強鈣鈦礦-電極界面上的電荷收集。因此，采用氬等離子體處理的鈣鈦礦太陽能電池的效率提高到20.4％，鈣鈦礦光電探測器可以達到最快的響應速度。
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. 無空穴傳輸層，刮涂高效鈣鈦礦太陽能電池丨Nature Commun.
黃勁松課題組通過簡化器件結構，通過可擴展的刮刀工藝制造高性能的無空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池(PSC)。鈣鈦礦膜的分子摻雜顯著改善了薄膜的導電性及其與導電基底的電子接觸，使得串聯電阻降低。刮涂制備的無空穴傳輸層PSC的效率高于20.0％。這項工作為邁向可擴展，經濟高效的PSC制造的提供了一條行之有效的途經。
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.表活劑輔助刮涂鈣鈦礦薄膜，制備高效大面積模組丨Nature Energy
復雜的流體動力學限制了大面積均勻無針孔有機-無機鈣鈦礦薄膜的溶液沉積。黃勁松課題組研究表明非常少量的表面活性劑（例如，1-α磷脂酰膽堿）顯著改變流體干燥動力學，并增加鈣鈦礦前軀體與下表面的非潤濕電荷傳輸層的粘附性。這些添加劑能夠以180 m h-1的涂布速率制備光滑平整的鈣鈦礦薄膜。同時，表面活性劑還鈍化電荷陷阱，使小面積電池效率超過20％。采用刮涂的33.0，57.6 cm2模塊效率分別可達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，鈣鈦礦-硅疊層電池的新突破丨Joule
由于其溶液可加工性和可調諧的互補帶隙，有機-無機雜化鹵化物鈣鈦礦是串聯光伏電池中有希望與硅配對的半導體。黃勁松團隊提出，在鈣鈦礦前體中引入MACl和MAH2PO2兩種添加劑可以顯著改善鈣鈦礦的寬帶隙（1.64-1.70 eV）和薄膜形貌，電壓損失僅為0.49-0.51 V。MACl可以增大晶粒尺寸，而MAH2PO2通過鈍化鈣鈦礦晶界，減少非輻射復合。在鈣鈦礦/硅單片串聯太陽能電池中，頂部電池的1.64 eV，這使得兩個子電池之間的光電流匹配度高。最終，串聯開路電壓高達1.80 V，效率高達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. 揭秘載流子影響鈣鈦礦穩定性的機理丨Nature Commun.
確定有機-無機鹵化物鈣鈦礦（PSCs）的內在不穩定性的起源是至關重要，尤其是太陽能電池，光電探測器，輻射探測器和發光二極管等方面。黃勁松團隊展示了PSC中的自由電荷，無論是通過入射光還是電流注入，都能降低器件的穩定性。同時，有效的電荷提取可以有效地穩定鈣鈦礦材料。對于PSC內的離子遷移，空穴和電子的過量都會降低其活化能，加速PSC的降解。同時過剩的空穴和電子分別促進陽離子或陰離子的遷移。在光照工作條件下，電池展示出改善的光穩定性，與開路條件相比較，光生載流子被限制在鈣鈦礦層中。
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. 鈣鈦礦再破紀錄，這次不是關于光伏效率！丨Nature Mater.
有機無機雜化鈣鈦礦在光伏、光電探測器、輻射探測器和發光二極管等方面表現出色性能。機電性能作為無機鈣鈦礦的主要應用被廣泛研究。然而，很少有人調查有機無機雜化鈣鈦礦的機電性能。基于此，黃勁松課題組在甲銨三碘化鉛（MAPbI3）單晶中發現大的電致伸縮響應。在3.7 V μm-1的電場下，MAPbI3顯示出大的壓縮應變1％，相當于機械能密度高達0.74 J cm-3，這是目前電致伸縮材料中最高值。
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，鈣鈦礦比玻璃還穩定！！！丨AM
有機鹵化物金屬鈣鈦礦已成為有前途的半導體用作太空太陽能電池和輻射探測器的材料。然而，在運行條件下缺乏對其穩定性的研究。黃勁松團隊首次研究在伽馬射線和可見光下鈣鈦礦太陽能電池的穩定性情況。鈣鈦礦活性層在連續伽馬射線和光照射下，在1535小時后仍保持96.8％的初始效。在相同的照射條件下，玻璃的透射率明顯下降。研究表明，鈣鈦礦太陽能電池的優異穩定性得益于自愈性的行為：恢復早期由γ射線照射誘導損失的效率。研究結果揭示了伽馬射線照射不會引起鈣鈦礦的電子陷阱狀態。這些觀察證明了鈣鈦礦材料在輻射探測器和太空太陽能電池的應用前景。
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. 磺化兩性離子，雙功能改性鈣鈦礦薄膜丨AM
黃勁松課題組采用磺酸兩性離子，3-（癸基二甲基氨基）-丙烷-磺酸鹽內鹽（DPSI）改性鈣鈦礦薄膜質量。該離子能起到調節鈣鈦礦結晶行為和鈍化缺陷的雙重作用。結晶控制和缺陷鈍化的協同效應顯著抑制空洞形成，降低電荷陷阱密度，延長載流子復合壽命。小面積（0.08 cm2）鈣鈦礦太陽能電池的效率高達21.1％，刮涂制備的大面積（1 cm2）電池的效率為18.3％。在連續光照射下持續480小時，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
黃勁松教授簡介：
美國北卡羅萊納州立大學和內布拉斯加大學林肯分校教授。于2007年獲得加州大學洛杉磯分校材料科學與工程博士學位。其后在美國Agiltron公司先后以研究科學家、資深研究科學家身份工作2 年。于2009 年就職于內布拉斯加大學林肯分校，2014年提前破格提升副教授，2016年破格提升教授。當前，他是該校Susan J. Rosowski講座教授、材料工程博士學科主席以及William E.Brooks Engineering領導小組成員。
黃勁松博士在有機薄膜太陽能電池（有機-無機鉛鹵化物鈣鈦礦太陽能電池）、光電探測器領域取得了舉世矚目的突出科研成績。迄今他在學術期刊上發表論文100余篇、授權美國專利10項、撰寫1本專著和4本專著章節。近五年以通訊作者身份發表 Science 1篇 ，Nature子刊Nature Materials 、 Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Nature Energy、Nature Communications 十幾篇，以及 Science Advance、Advanced Materials、Energy & Environmental Science, Advanced Energy Materials數10篇。多篇論文被Nature Materials作為重點介紹，或作為雜志封面文章推薦。所發論文引用次數超過29000次，h因子為71，并入選2015年美國湯森路透全球高被引科學家（材料方向）（Highly CitedResearcher）。
他目前的主要學術兼職包括： Scientific Report副編委、Energy ConversionMaterials編輯和材料研究學會分會主席 (2012, 2015, 2017) 。近年來他獲得多個極具影響力的榮譽，包括美國自然科學基金杰青（2013）（NSF CAREER)， 美國國防部杰青（2011） (DODYIP) 、Edgerton創新獎（超快相機發明者創立）（2012）。
課題組主頁：
http://www.huanggroup.unl.edu/
本文內容由納米人編輯部獨家整理，由于學識有限，如有錯誤，敬請批評指正！
