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，我们要介绍的是加州大学洛杉矶分校（UCLA）杨阳教授课题组。

杨阳教授课题组在半导体材料与器件方面有着20余年的研究经验，创造了该领域的多项世界纪录。主要研究方向为有机太阳能电池，钙钛矿太阳能电池，钙钛矿发光二极管，生物传感器，薄膜晶体管。

下面，我们简要介绍杨阳教授课题组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）

1、Science: 茶碱处理！22.6％效率的钙钛矿太阳能电池

表面陷阱介导的非辐射电荷复合是实现高效金属卤化物钙钛矿光伏电池的主要限制。钙钛矿晶格的离子特性通过官能团和缺陷之间的相互作用使分子缺陷钝化方法成为可能。然而，缺乏对分子构型如何影响钝化效果的深入了解，从而对合理的分子设计提出了巨大挑战。

加州大学洛杉矶分校的杨阳教授团队及其合作者系统地研究了茶碱，咖啡因和可可碱的官能团的化学环境对缺陷钝化的情况。当分子中N-H和C=O处于最佳构型时，N-H和I之间的氢键形成有助于主要的C=O与Pb反位缺陷的结合，从而最大化表面缺陷结合。用茶碱处理的钙钛矿太阳能电池的稳定效率为22.6％。

三个表面C=O基团的表面缺陷识别和构造构型不同的化学环境茶碱处理

钙钛矿型太阳能电池的光伏性能和长期稳定性

Constructive molecularconfigurations for surface-defect passivation of perovskite photovoltaics，Science，2019

DOI: 10.1126/science.aay9698.

https://science.sciencemag.org/content/366/6472/1509

2、Joule：喝咖啡，让钙钛矿太阳能电池更有劲儿

为了增加钙钛矿太阳能电池的商业前景，需要简单，成本有效且通用的方法来减轻其固有的热不稳定性。UCLA杨阳教授团队采用了1,3,7-三甲基黄嘌呤，一种具有两个共轭羧基的商品化学品，俗称咖啡因，改善了基于MAPbI₃和CsFAMAPbI₃的钙钛矿太阳能电池的性能和热稳定性。

咖啡因和Pb²⁺离子之间的强相互作用充当“分子锁定”，其在膜结晶期间增加活化能，提供具有优选取向的钙钛矿膜，改善的电子性质，减少的离子迁移和大大增强的热稳定性。基于咖啡因的纯MAPbI₃钙钛矿的太阳能电池，其最佳效率为19.8％。在85°C的氮气加热下，保留了85％以上的效率。

CaffeineImproves the Performance and Thermal Stability of Perovskite SolarCells. Joule2019.

DOI:10.1016/j.joule.2019.04.005.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119301734#undfig1

3、Nat. Commun.: 聚合物交联剂提升钙钛矿太阳能电池的性能

UCLA杨阳课题组利用形成大分子的策略，使用长链聚合物的中间相，进而形成聚合物-钙钛矿复合交联剂。交叉链用于桥接钙钛矿晶粒，最大限度地减少晶粒间电解耦并产生优异的晶粒对水分，光和热的环境稳定性。因此，基于该策略开发的钙钛矿太阳能电池效率从17.88%提升至20.06%，并且具有优异的稳定性。

Han, T.-H. et al. Perovskite-polymercomposite cross-linker approach for highly-stable and efficient perovskitesolar cells. Nat. Commun. 10, 520 DOI: 10.1038/s41467-019-08455-z.

https://www.nature.xilesou.top/articles/s41467-019-08455-z

4、AFM综述：总结一下，钛矿太阳能电池的稳定性

钙钛矿太阳能电池的效率从3.8％跃升至23.7％。值得关注的是，稳定性差是影响其商业化的巨大障碍之一。UCLA杨阳课题组简要概述了目前为提高PSC稳定性所做的诸多努力，并强调了影响电池的效率的因素。此外，总结了电池的退化的原因和机制。进一步总结了提高器件稳定性的策略，从结构效应，光活性层，空穴和电子传输层，电极材料和器件封装等方面。最后，讨论了PSC的经济可行性。

Wang, R. et al. A Review of Perovskites SolarCell Stability. Adv. Funct. Mater.

DOI:10.1002/adfm.201808843.

https://doi.org/10.1002/adfm.201808843

5、AM综述：钙钛矿光电器件的界面与缺陷工程

基于钙钛矿的太阳能电池和发光二极管（LED）已经取得了极大突破。界面和缺陷对钙钛矿光电器件的性能和操作稳定性具有关键影响。因此，界面和缺陷工程对于控制电荷载体的行为和生长高质量，无缺陷的钙钛矿晶体至关重要。UCLA杨阳课题组总结了面向太阳能电池和LED应用的金属卤化物钙钛矿中用于界面调控，控制晶体生长，理解缺陷物理学的诸多策略。最后，提出了些观点和讨论了钙钛矿未来可能的发展方向。

HanT-H, et al. Interface and Defect Engineering for Metal Halide PerovskiteOptoelectronic Devices. Advanced Materials, 2019.

DOI:10.1002/adma.201803515

https://doi.org/10.1002/adma.201803515

6、Nano Lett.: 最高效率！Cs₂AgBiBr₆非铅钙钛矿太阳能电池

通过寻找其他无毒元素来解决铅基钙钛矿化合物中的毒性问题，代表了制造非铅钙钛矿太阳能电池的有希望的方向。通过用晶格中的Ag⁺和Bi³⁺代替两个Pb²⁺实现了Cs₂AgBiBr₆双钙钛矿，由于其化学组成的方便取代而引起了很多关注。杨阳联合廖良生团队研究了真空升华和溶液处理的沉积方法对Cs₂AgBiBr₆薄膜的光电性质和光伏性能的影响。研究表明，溴化物比例强烈影响Cs₂AgBiBr₆膜的结晶和光物理性质。

与基于真空升华的Cs₂AgBiBr₆相比，经过溶液处理的Cs₂AgBiBr₆具有固有的更高结晶度，更窄的电子带隙，更长的光激发寿命和更高的迁移率。优异的光电性能归因于基于溶液加工的Cs₂AgBiBr₆薄膜的精确组成化学计量。制备的非铅钙钛矿太阳能电池效率可达2.51％，这是迄今为止基于Cs₂AgBiBr₆的双钙钛矿太阳能电池中最高的效率。

Igbari, F. et al. Composition Stoichiometryof Cs₂AgBiBr₆ Films for Highly Efficient Lead-FreePerovskite Solar Cells. Nano Lett.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00238.

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.9b00238

7、AM: 极化铁电聚合物，用于高性能钙钛矿太阳能电池

在杂化卤化铅钙钛矿太阳能电池中，能量损失与钙钛矿层和界面中的非辐射复合息息相关。UCLA杨阳教授、苏州大学廖良生等人及其合作者通过铁电聚合物的内部掺杂和电场的外部控制的组合，开发了一种简单有效的策略来改善钙钛矿太阳能电池的性能。首先将一组极化铁电（PFE）聚合物掺杂到MAPbI₃层，这不仅改善MAPbI₃的结晶，而且调节电池中的非辐射复合。

PFE聚合物掺杂使得MA⁺阳离子有序排列，减少陷阱态，优选多晶钙钛矿膜的生长取向。此外，将PFE插入钙钛矿和空穴传输层之间以增强内建场（BIF），通过电池中加宽的耗尽区而得到增强。作为界面偶极层，PFE聚合物在增加BIF中起关键作用。因此，组装的电池的开路电压为1.14 V，效率为21.38％。

Zhang, C.‐C., Wang, Z.‐K.,Yuan, S., Wang, R., Li, M., Jimoh, M. F., Liao, L.‐S.,Yang, Y., Polarized Ferroelectric Polymers for High‐PerformancePerovskite Solar Cells. Adv. Mater. 2019, 1902222.

DOI: 10.1002/adma.201902222

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902222#

8、Nano Lett.: 溴化铜提高CsPbI₂Br钙钛矿电池性能

UCLA杨阳、苏州大学廖良生等人及其合作者通过将溴化铜（II）（CuBr₂）直接掺杂到钙钛矿前体中来辅助CsPbI2Br结晶。CuBr₂的掺入CsPbI2Br薄膜具有增大的晶粒尺寸，改善的载流子能力和减少的陷阱状态。制造的钙钛矿太阳能电池效率为16.15％。开发的掺杂方法为制备高性能全无机钙钛矿太阳能电池铺平了道路。

Wang, K.-l. et al. Tailored PhaseTransformation of CsPbI2Br Films by Copper (II) Bromide for High-PerformanceAll-Inorganic Perovskite Solar Cells. Nano Lett., 2019

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01553 (2019).

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b01553

9、AM: 13％! 小分子“电荷驱动器”助力高性能钙钛矿量子点太阳能电池

由于卤素钙钛矿胶体量子点（CQD）具有优于常规硫属化物CQD的光电性质，已成为CQD光伏器件的有希望的候选者。然而，由于量子限制导致的低电荷分离效率仍然是高性能钙钛矿CQD光伏器件的关键障碍。常规CQD器件中采用的可用于增强载流子分离的策略，例如Ⅱ型核壳结构的设计和用于调节电子性质的表面改性因为难以调节表面配体和结构完整性，仍然不适用于钙钛矿CQD。

UCLA杨阳、Jin-Wook Lee研究团队利用共轭小分子为钙钛矿CQD太阳能电池中的有效电荷分离提供额外的驱动力。得到的钙钛矿CQD太阳能电池的开路电压为1.10 V，短路电流密度为15.4 mA cm^-2，填充系数为74.8％，功率转换效率接近13％，证明了该策略的巨大潜力。

Xue,J. Lee, J.-W. Yang, Y. et al. A Small-Molecule “Charge Driver”enables Perovskite Quantum Dot Solar Cells with EfficiencyApproaching 13%. AM2019.

DOI: 10.1002/adma.201900111.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201900111

10、JACS: 表面诱导二次晶粒光伏钙钛矿薄膜的生长

由于与纳米材料相比较低的表面与体积比，表面效应在微米或亚微米尺度上通常可以忽略不计。然而，卤化铅钙钛矿由于“软”性质使它们对外部场具有高度响应性。 近日，加州大学洛杉矶分校杨阳教授团队及其合作者通过利用钙钛矿的这种独特特征，展示了基于二次晶粒生长的钙钛矿薄膜性质操纵方法，其中表面的调整引起整个钙钛矿膜的内部性质演变。

在传统的微电子技术中，二次晶粒生长通常涉及诸如高温和应变的苛刻条件，其通过简单的表面后处理容易在钙钛矿薄膜中产生高达4μm的晶粒尺寸。所得到的光伏器件在1000小时的过程中表现出显著提高的功率转换效率和操作稳定性，并且环境货架稳定性超过4000小时，同时保持其原始效率的90％以上。

Crystalline Liquid-like Behavior: Surface-InducedSecondary Grain Growth of Photovoltaic Perovskite Thin Film. JACS 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b06940

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b06940?rand=jz89jy08

11、AM: 15.9％效率！有机太阳能电池

有机光伏（OPV）的性能在过去几年中迅速提高。最近在材料设计方面的工作主要集中在开发具有广泛吸收的近红外非富勒烯受体，其与商业化的供体聚合物配对; 同时，需要综合考虑共混膜形态和能级对准对电荷分离效率的影响。 

UCLA杨阳、中南大学邹应萍和北京分子科学国家研究中心易院平团队通过合理地考虑分子相互作用和能级对准来证明供体/受体共混物的选择规则，并且实现了使用双氟化或两种非氟化供体/受体共混物的高效OPV器件。凭借增大的吸收，理想的形态和有效的电荷转移，基于PBDB-T-F/Y1-4F混合物和PBDB-T-F/Y6的器件分别表现出高达14.8％和15.9％的最高效率。

RationalTuning of Molecular Interaction and Energy Level Alignment Enables High‐Performance OrganicPhotovoltaics

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904215

12、JACS：基于ZnO@SnO₂纳米颗粒的高效无机钙钛矿太阳能电池

对于钙钛矿太阳能电池来说，理想的电荷传输材料应表现出适当的能级，高的载流子迁移率和电导率和出色的电荷提取能力。近日，UCLA杨阳团队设计了一种新型的电子传输材料，这是通过一种简单而容易的溶剂热方法合成的核-壳ZnO@SnO₂ 纳米粒子。由于SnO₂壳的能级与高电子迁移率ZnO纳米粒子核之间的良好匹配，当其用作电子传输层时，无机钙钛矿太阳能电池的PCE达到14.35％。

其中，核-壳ZnO@SnO₂的SnO₂壳层厚度为3.4 nm，纳米颗粒的尺寸为8.1 nm，该材料的电子迁移率是SnO₂纳米颗粒的7倍。同时，均匀的核壳型ZnO@SnO₂纳米粒子对无机钙钛矿薄膜的生长极为有利。这些结果有力地表明了这种新型电子传输材料在高效钙钛矿太阳能电池中的巨大潜力。

Core-Shell ZnO@SnO₂ Nanoparticles forEfficient Inorganic Perovskite Solar Cells.

DOI: 10.1021/jacs.9b06796

 https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b06796

课题组简介

杨阳教授，加州大学洛杉矶分校（UCLA）材料科学与工程学院的Carol and Lawrence E.TannasJr. 讲座教授，UCLA透明高分子太阳能电池研究群领导人和UCLA纳米再生能源研究中心的主任。曾获IEEE半导体研究协会发明奖和美国科学基金会年轻成就奖，入选美国物理学会会士，美国材料研究学会会士，英国皇家化学学会会士，美国电磁学学院会士和国际光电子学会会士。杨阳教授课题组在Science, Nat. Mater., Nat. Photon., Nat.Nanotech., Nat. Commun., Chem. Rev., J. Am. Chem. Soc, Adv. Mater. 等著名学术期刊上发表论文300余篇, 所发表论文被引用超过10万次。