纳米人编辑部对2019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2019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。2019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. Sci. Adv.: 量身定制溶剂配位，高速室温刮涂大面积钙钛矿薄膜

2019.12.06

小面积钙钛矿光伏电池的效率已提高到25％以上，而大多数报道的制造方法无法转移到可扩展的制造工艺中。黄劲松课题组报道了一种通过调整溶剂配位能力在环境条件下以99 mm/s的速度快速刮除大面积钙钛矿薄膜的方法。

将挥发性非配位溶剂与Pb²⁺和低挥发性配位溶剂混合使用，可以在室温下实现快速干燥和较大的钙钛矿晶粒。可复制的制造产生的模块认证效率为16.4％，面积为63.7 cm²。该方法可以用于各种钙钛矿组合物。钙钛矿组件还显示出-0.13％/°C的较小温度系数，经过58次遮光后几乎可以完全恢复效率，远好于商用硅和薄膜太阳能组件。

Tailoringsolvent coordinationfor high-speed, room-temperature blading of perovskitephotovoltaic films, ScienceAdvances, 2019

DOI:10.1126/sciadv.aax7537

https://advances.sciencemag.org/content/5/12/eaax7537

2.AEM：15.86%！柔性钙钛矿太阳能模组的记录性效率

2019.11.21

钙钛矿材料因其强大的吸光能力和低温处理能力而成为柔性光伏应用的良好选择，但尚未实现高效的柔性钙钛矿组件。黄劲松课题组通过使用添加剂工程在康宁Willow玻璃上刮涂高质量的钙钛矿薄膜，实现了柔性钙钛矿太阳能模组的记录性效率。

将氯化铵（NH₄Cl）添加到钙钛矿前体溶液中以阻止形核，从而防止在钙钛矿和玻璃的界面处形成空隙。NH₄Cl的添加还抑制了PbI₂的形成并降低了钙钛矿膜中的陷阱密度。最后，研究人员在小面积单结柔性钙钛矿太阳能器件取得19.72%的效率；在面积为42.9 cm²的模组上，孔径效率达到了创纪录的15.86％。这项工作为扩展适用于各种应用的高效柔性钙钛矿模组提供了一种简单的方法。

Huang, J. et al. ScalableFabrication ofEfficient Perovskite Solar Modules on Flexible Glass Substrates.AEM 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201903

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/aenm.201903108

3. Nat. Commun.：22.7%效率！叠层钙钛矿电池

2019.10.03

黄劲松课题组研究发现，锡基钙钛矿电池中的电荷收集效率受到电子扩散长度的限制。在钙钛矿型前体中添加少量Cd³⁺会降低电子陷阱密度，从而产生2.72±0.15微米的长电子扩散长度。将窄带隙钙钛矿薄膜的优化厚度增加到1000 nm。对于单结窄带隙PSC和钙钛矿-钙钛矿叠层电池，分别获得了20.2和22.7％的效率。这项工作为增强窄带隙钙钛矿的光电性能和开发钙钛矿-钙钛矿串联太阳能电池的潜力提供了一种有前途的方法。

Enhancingelectron diffusion length innarrow-bandgap perovskites for efficientmonolithic perovskite tandem solarcells，Nature Communications,(2019)

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12513-x

4. Science: 稳定！！！铅氧化物稳定钙钛矿电池

2019.08.02

黄劲松课题组通过将钙钛矿与硫酸盐或磷酸盐离子反应，将卤化铅钙钛矿表面转化为水不溶性铅（II）氧盐，可以有效地稳定钙钛矿表面和体相材料。这些封端铅氧化物薄层通过形成强化学键来增强钙钛矿薄膜的耐水性。宽带隙铅氧化物层还通过钝化未对称的表面引线中心（其是缺陷成核位点）来降低钙钛矿表面上的缺陷密度。铅氧化物层的形成增加了载流子复合寿命并将太阳能电池的效率提高到21.1％。在AM 1.5G照射下，铅氧化物层稳定的封装器件在65℃稳定输出1200小时，保持其初始效率的96.8％。

Shuang Yang, Shangshang Chen,Jinsong Huang, et al. Stabilizing halide perovskite surfaces forsolar celloperation with wide-bandgap lead oxysalts, Science，2019

DOI: 10.1126/science.aax3294

https://science.sciencemag.org/content/365/6452/473

5. AM：升高的器件温度和过量载流子对钙钛矿太阳能电池快速光诱导降解

2019.07.04

随着功率转换效率现在达到24.2％，限制使用钙钛矿太阳能电池（PSC）的高效发电的主要因素是它们的长期稳定性。特别是，PSC已经证明在光照下快速降解，其驱动机制尚待理解。黄劲松课题组研究表明，由于恒定照射，升高的器件温度与过量的电荷载流子相结合是在照射下封装的钙钛矿太阳能电池快速降解的主要力量。

将器件冷却至20°C并在最大功率点下工作，与在60°C的开路条件下工作相比，CH₃NH₃PbI₃太阳能电池的稳定性提高了100倍以上。在CH₃NH₃PbI₃中也观察到源自光热诱导的扩增的光诱导的应变，其排除了其他光诱导应变机制。然而，在照射下CH₃NH₃PbI₃太阳能电池的初始快速降解中，应变和电场似乎不起任何作用。结果表明，升高的温度和过量的电荷载体促进PSC中额外的重组中心的形成最终导致快速的光诱导降解。还给出了测量PSC稳定性的最佳方法指南。

Synergistic Effect of Elevated DeviceTemperature and Excess Charge Carriers on the Rapid Light‐Induced Degradation of Perovskite Solar Cells.AM 2019.

DOI:10.1002/adma.201902413

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201902413

6. Chem. Soc.Rev.：卤化物钙钛矿太阳能电池的缺陷及其钝化

2019.06.12

迄今为止，所有高效的有机-无机卤化物钙钛矿（OIHP）太阳能电池都是由多晶钙钛矿薄膜制作而成的。这种多晶钙钛矿薄膜具有包括点缺陷和扩展缺陷在内的高缺陷密度。在钙钛矿太阳能电池（PSC）发生电荷复合和离子迁移的过程中，有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池材料中的缺陷起着十分重要的作用，其缺陷程度与形式严重影响着器件的能量转换效率和稳定性。

黄劲松课题组综述了近年来在钝化缺陷和抑制离子迁移以提高效率和高稳定性钙钛矿太阳能电池方面的最新进展。由于光致发光材料具有显著的离子性质，因此其内部其缺陷必然带电荷。在OIHP薄膜中，由特定电荷缺陷引起的深能级势阱是主要的非辐射复合中心；研究人员可以通过通过坐标键合、离子键合或化学转换等策略来对电荷缺陷进行钝化来有效减轻这些深能级势阱带来的负面影响负面影响。此外，浅层电荷势阱本身对非辐射复合的贡献很小，但是OIHP薄膜中电荷浅层势阱的迁移引发了能带弯曲、界面反应和相分离等不利现象，影响了载流子的萃取效率。文章最后还描述了缺陷和离子迁移对钙钛矿太阳能电池稳定性的影响。

Imperfectionsand their passivation in halideperovskite solar cells.Chemical Society Reviews, 2019.

DOI: 10.1039/C8CS00853A

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/CS/C8CS00853A#!divAbstract

7. ACS Energy Lett.：低聚SiO₂包覆钙钛矿，实现高效稳定的光伏电池

2019.05.09

由缺陷态引起的杂化钙钛矿材料的内在不稳定性成为阻碍钙钛矿太阳能电池（PSC）商业化的挑战之一。鉴于此，黄劲松课题组报道了一种简单的策略，即将钙钛矿颗粒包裹在核-壳几何形状的低聚SiO₂（OS）基质中，这可以钝化表面和晶界处的缺陷并稳定纳米级的晶粒。研究观察到，OS包裹的钙钛矿中陷阱密度显着降低和载流子寿命延长，p-i-n结构PSC的效率提高了21.5％，具有1.15 V的高开路电压和81%的填充因子。这种全方位的纳米级颗粒包裹使得PSC的操作稳定性得到显着改善，在全光谱照射下，器件老化超过5200小时后，可保持80％的初始效率。

Oligomeric Silica-Wrapped Perovskites EnableSynchronousDefect Passivation and Grain Stabilization for Efficient and StablePerovskite Photovoltaics. ACS Energy Letters, 2019.

DOI:10.1021/acsenergylett.9b00608

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b00608

8. JACS：定制钝化分子结构，用于钙钛矿太阳能电池极小的开路电压损失

2019.03.27

黄劲松课题组系统地设计钝化分子官能团的结构，包括羧基，胺，异丙基，苯乙基和叔丁基苯乙基，并研究它们对钙钛矿的钝化能力。它揭示了羧基和胺基团可以通过静电相互作用来治愈带电缺陷，并且芳香结构可以减少中性碘相关的缺陷。钙钛矿表面与分子之间相互作用可以进一步实现晶界钝化，包括那些深入基底的晶界钝化。基于此，设计出新的钝化分子D-4-叔丁基苯丙氨酸，产生高性能的p-i-n结构太阳能电池，稳定效率为21.4％。用1.57 eV的钙钛矿光学带隙的器件的开路电压（VOC）达到1.23 V，开路电压损失为最小值！该发现提供了新的钝化分子的设计，为钙钛矿电子学的应用提供了新思路。

Tailoring PassivationMolecular Structures forExtremely Small Open Circuit Voltage Loss inPerovskite Solar Cells. Journal ofthe American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.8b13091

https://doi.org/10.1021/jacs.8b13091

9. 黄劲松Science Adv.：22.6%效率！双侧烷基胺助力刮涂高效钙钛矿器件

2019.03.08

黄劲松课题组报道了一种添加剂策略，以提高规模化刮涂制造的钙钛矿太阳能电池（PSC）的效率和稳定性。采用双边烷基胺（BAA）添加剂的刮涂制造电池可达到21.5（小面积，0.08 cm^‑2）和20.0％（大面积，1.1 cm²）的效率，在AM1.5G光照下，电压损失低至0.35 V，这是目前最低的开路电压损失值。在0.3 sun下，稳定的输出高达22.6％。双侧氨基的锚定使钙钛矿表面的缺陷钝化，并通过暴露连接的疏水烷基链增强钙钛矿稳定性。BAA增强了晶界，更能抵抗机械弯曲和电子束损伤。BAA将器件寿命提高到> 1000小时，在光照条件下将操作稳定性提高到> 500小时，仍保留了90％的初始效率。

Bilateral alkylamine for suppressing chargerecombination and improvingstability in blade-coated perovskite solar cells.Science Advances, 2019.

DOI:10.1126/sciadv.aav8925

http://advances.sciencemag.org/content/5/3/eaav8925

10. 黄劲松Nature Commun.综述：用于电离辐射检测的卤化铅钙钛矿

2019.03.06

由于其缺陷耐受性，大的迁移率寿命产品，可调谐的带隙和简单的制备工艺，卤化铅钙钛矿引起电离辐射检测领域的广泛关注。黄劲松课题组首先概述了直接检测机制的高性能电离辐射检测的材料特性要求，以及用于X射线成像和γ射线能谱。通过比较卤化钙钛矿辐射探测器与现有技术的电离辐射探测器的性能，展示了卤化钙钛矿作为有前途的辐射探测器的有希望的特征和挑战。

Halide lead perovskites for ionizing radiationdetection. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-08981

https://doi.org/10.1038/s41467-019-08981-w

11.黄劲松AFM：超厉害! 5.9％效率！晶圆级水系钙钛矿电池

2019.01.23

在太阳能电池工业中需要大量的太阳能级单晶或多晶晶片，并且通常由晶锭的自顶向下工艺形成，这在切片，抛光和其他加工过程中造成材料和能量的显着浪费。黄劲松课题组报道了一种自下而上的技术，该技术允许直接从水溶液中生长晶片尺寸的混合钙钛矿多晶体。有厘米尺寸的单晶混合钙钛矿晶片生长在钙钛矿前体溶液的顶部表面。除了节省原材料外，这种方法还具有前所未有的优点，例如易于调节厚度和晶体快速生长。这些晶体晶片显示出高结晶度，更宽的光吸收和长的载流子复合寿命，与块状单晶相当。由这些晶体制成的横向结构钙钛矿太阳能电池表现出5.9％的纪录效率。

Fast Growth of Thin MAPbI₃ CrystalWafers on Aqueous Solution Surface for Efficient Lateral-Structure PerovskiteSolar Cells. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201807707

https://doi.org/10.1002/adfm.201807707

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 3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20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）（HighlyCitedResearcher）。

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/