中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究所高鹏

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钙钛矿（CaTiO3），英文名Perovskite，最早由普鲁士矿物学家Gustav Rose在1839年发现，并以俄罗斯矿物学家Lev Alekseyevich von Perovsky的姓氏命名。进入20世纪中叶，越来越多晶体结构与CaTiO3相似的新材料被发现，它们的共同特点是其晶体结构可以表示为ABX3，因此被称为钙钛矿材料。其中的铅卤钙钛矿材料展现出了独特的光电性能，吸引了大量学者研究，其发展突飞猛进，在短短十年里其发展出了包括全无机钙钛矿，有机无机杂化钙钛矿，无铅钙钛矿等多个门类，并被成功应用于了光伏器件，发光二极管等多个领域。其中，铅卤钙钛太阳能电池的光电转化效率从3.8%迅速发展到目前25.7%的认证效率，被视为最具有应用潜力的新型高效率太阳能电池之一。人们对铅卤钙钛矿材料的探索并未止步，通过研究发现，在钙钛矿材料与器件中参杂稀土元素后，其光电活性和稳定性等都能得到进一步提升。

图. 镧系元素作为 UC, DS, 和 DC 层, 太阳能电池中钙钛矿光吸收层, 电子传输层 PSCs, 和多光谱发射发光器件中的关键材料

        稀土元素指的是镧系元素：镧(La）、铈(Ce）、镨(Pr）、钕(Nd）、钷(Pm）、钐(Sm）、铕(Eu）、钆(Gd）、铽(Tb）、镝(Dy）、钬(Ho）、铒(Er）、铥(Tm）、镱(Yb）、镥(Lu），以及与镧系元素密切相关的钇(Y)和钪(Sc)共17种元素。稀土元素在地壳中的丰度并不低。但是它们原子结构相似，离子半径相近，因此在自然界密切共生难以分离，因此被称为‘稀土’。由于镧系元素从La到Lu，其4f电子层逐渐填满，因此又被叫做4f元素。由于稀土元素具有独特的物理、化学和光学性质，因此被广泛地应用在发光器件，光伏器件，光电半导体材料和光催化材料等多个不同领域，是现代工业中不可替代的资源，因此被誉为是‘工业维生素’。
         中科院福建物质结构研究所高鹏课题组，经过三年多的不懈努力，系统性地收集整理并归纳总结了近年来发表的稀土元素在钙钛矿材料与器件中应用的相关工作，并将归纳结果总结成了一篇综述论文，题为“Vitamin needed: Lanthanides in optoelectronic applications of metal halide perovskites”。该综述详细介绍了稀土元素在钙钛矿材料与器件中的参杂方式，细致分析稀土元素对不同类型钙钛矿材料与器件的性能造成的影响，阐述了稀土参杂钙钛矿研究所面临的问题，并对稀土参杂钙钛矿的发展前景提出了建设性的建议。
           相关工作发表在国际期刊Materials Science & Engineering R (DOI: 10.1016/j.mser.2022.100710) 上。本文通讯作者为中科院福建物质结构研究所高鹏研究员。硕士研究生李子成和张博隆副研究员为文章的共同第一作者。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2022.100710

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卤化铅钙钛矿太阳能电池（PSC）在效率方面极具应用前景，并且其稳定性在不断提高。而所有这些成就都伴随着各种钝化策略，以避免钙钛矿材料中普遍存在的缺陷，这些缺陷在电荷复合、离子迁移和组件降解过程中发挥着至关重要的作用。

图.实现高效稳定PSC的钝化策略及其功能，包括化学钝化、物理钝化、能量钝化和场效应钝化

        中科院福建物质结构研究所高鹏课题组，对成熟和新兴的钝化策略进行了分类概述，发表题为“Rationalization of passivation strategies toward high-performance perovskite solar cells”的综述论文，为PSC中的钝化策略提供进一步指导。该综述详细介绍了为解决这些问题和实现高性能PSC所提出的钝化策略包括通过化学键的形成消除缺陷的化学钝化，通过应变松弛或物理处理消除缺陷的物理钝化，提高对光和氧的稳定性的能量钝化，以及调节界面载流子行为的场效应钝化。而各种钝化策略产生的结果需要先进的表征技术进行表征，如结合基于同步辐射的X射线分析、基于电容的测量、空间分辨成像、荧光分子探针、开尔文探针力显微镜等，以仔细研究机理。最后，还提出了推进这些钝化策略的挑战和未来的研究方向。
       相关工作发表在国际期刊Chemical Society Review (DOI: 10.1039/D2CS00217E) 上。本文通讯作者为中科院福建物质结构研究所高鹏研究员。硕士研究生张志皓为文章的第一作者。文章链接：https://doi.org/10.1039/D2CS00217E