通过神奇材料磷烯，钙钛矿太阳能转换效率再提高3%

若是提到新一代神奇材料，或许大家一开始都会想到石墨烯，但除此之外，也有不少材料正在暗中发光发热。最近澳洲科学家便通过结构与石墨烯类似的磷烯（phosphorene），成功将钙钛矿太阳能转换效率提升2到3%。

石墨烯有诸多优良的性能，像是无比坚硬、导电速度快等都是备受科学家关注的原因，但它并不是个天然的半导体，通常半导体材料可利用能隙来控制电流，但石墨烯却没有能隙，虽然电流传导速度较快，但难以控制电流。

而磷烯是实实在在的半导体材料，能通过能隙来控制电流开关，导电性则跟石墨烯一样，比现在使用的硅材料要快上数十甚至数百倍，因此澳洲福林德斯大学与昆士兰大学等团队便看好磷烯特性，认为它可以帮助钙钛矿太阳能一臂之力。

其中磷烯是由层状黑磷块材剥离而成，随着减少层数，发光的范围可从中红外到可见光，因此如何从黑磷单层磷烯是团队首要挑战，福林德斯大学科学与工程学院博士Christopher Gibson表示，团队已经找出全新方法来剥离磷烯，这将有助于生产更高效与便宜的太阳能电池。

（Source：福林德斯大学）

在该实验中，团队通过南澳大学研制的涡流设备（Vortex Fluidic Device，VFD）的快速剪应力（shear stress），成功剥离出4.3纳米厚的磷烯纳米层片。Gibson指出，在钙钛矿太阳能电池添入磷烯后，转换效率也提高2%到3%。

根据团队在《Small Methods》的论文，新型剪应力剥离方法在较短的时间内，就能产生出结晶质高、原子级厚度较薄的磷烯纳米片。之后团队把磷烯纳米片当作电子传输层材料（ETM）后，转换效率也成功从14.32%提升到16.53%，最高则达到17.85%，效率已经可与高温制作法匹敌。

若能进一步提高钙钛矿太阳能的转换效率，将能加速其商业化进展，指导教授Joseph Shapter表示，晶体硅太阳能是目前最常见的太阳光电技术，但我们需要耗费许多电力与能源来制造电池，相较之下钙钛矿电池持久性较高。

也因为钙钛矿太阳能具有材料成本低、建造成本低等优点，大规模商业化后，最终也能降低太阳能整体成本，进而提高再生能源的普及率。

中科院物理研究所硕士生导师介绍:陈弘

简历：1984年西安交通大学电子工程系半导体器件专业毕业，获得学士学位，1992年中国科学院物理研究所获得博士学位，1992年至今从事分子束外延和MOCVD半导体材料生长及结构与物性研究。1996年～1997年香港科技大学访问工作，从事电镜研究。在国外主要刊物上发表论文40多篇，申请专利7项。现为物理所新型化合物半导体材料和物性研究课题组长。

主要研究方向：GaN基材料的MOCVD生长及物性研究，GaN基材料在发光二极管、激光器、紫外探测器、微电子方面的应用研究。我们课题组将在GaN基材料的物性研究和应用方面作出有特色的工作。

过去的主要工作及获得的成果：

1.发明了一种新的SiGe生长技术。采用低温Si作为应力释放的牺牲层的方法得到了位错密度低于106cm-2的完全弛豫的SiGe层。

2.对GaAs（001）衬底上生长GaN薄膜的相结构的控制进行了系统的研究，提出了完全不同于国外已经报道的影响GaN外延层相结构的生长机制如氮化及其温度和时间、As压的使用等。

3.在GaN基发光二极管外延片的研究中解决了大失配外延，量子阱的生长，发光二极管的结构的生长和设计的问题。GaN HEMT的研究解决了GaN的半绝缘和AlGaN的生长和HEMT的结构优化。承担了863、科学院创新重要方向、973和基金等课题。

目前的研究课题及展望：目前承担863课题“GaN基发光二极管的外延生长和器件工艺研究”，973和科学院创新工程重要方向课题“GaN基HEMT外延材料研究”，973课题“GaN基紫外探测器外延材料的研究”和基金课题“GaN基发光二极管的发光机理研究”。

2 陈弘，华东师范大学澳大利亚研究中心主任、新西兰研究中心主任、外语学院英语系高年级教研主任、中国澳大利亚研究学会副会长、中国跨文化交际学研究会上海分会亚太文化比较研究中心主任、《中国澳大利亚研究通讯》执行副主编。主要研究方向包括澳大利亚研究、新西兰研究、亚太问题研究、文学研究和文化研究。主要成果包括专著《当代澳大利亚社会》、《从孤立走向世界：澳大利亚文化简论》、《澳大利亚文学批评》等，编著《英国散文选读》、《英汉澳大利亚英语词典》、《澳洲之旅》、《英国艺术家随笔》、《汉英新词语词典》、《英语·师范院校英语专业用》第7册（教师用书）、《汉英大辞海》和《全球化时代亚太地区文化多样性与市民社会》等，译著《巴斯德传》、《南丁格尔传》和《无边的曼荼罗：帕特里克·怀特传》等，以及论文10余篇、译文数十篇。近年来屡获澳大利亚外交外贸部所属澳中理事会、澳大利亚国际教育发展署和澳大利亚La Trobe大学基金在澳大利亚从事访问研究和讲学。

七大固态发光新材料新技术不容忽视

2016-11-23 中照网 2人读过

LED产业发展风云变幻，国内企业在新形势下如何把握新的发展机遇?新一代LED照明技术如何实现更好的光品质?LED电视何时进入家庭?在日前召开的第十五届全国LED产业发展与技术研讨会暨2016全国LED显示应用技术交流及产业发展研讨会上，业内专家就LED产业、市场、技术、产品等不同维度的热点进行热烈探讨。小编撷取要点，以飨读者。

工业和信息化部半导体照明技术标准工作组副组长彭万华：固态发光新材料新技术不容忽视。

固态发光新材料、新技术中，尤其是提及若干年内将产业化的多项纳米级材料，将改变未来照明世界，这对现有半导体照明带来极大挑战。将改变未来照明世界，这对现有半导体照明带来极大挑战。能否进入照明领域，唯一标准是以产品综合性比来评定，即节能指标、光色品质、可靠性和价格之比。

这些固态发展新材料，特别是石墨烯、磷烯、二维半导体材料MX2、钙钛矿等，除了具有发光性能之外，还可制备高性能电子器件、传感器、探测器、存储器、光电子器件等，一旦应用技术成熟并产业化，那将是颠覆性的技术创新，将对电子信息产业产生深刻影响。

一是有机发光二极管(OLED)。OLED具有很好的光色性能，将很快进入照明领域。首尔研究机构预测到2020年OLED照明产值达47亿美元，台湾光电所预测2020年LED与OLED照明产值之比为3：1，另有专家预测为四分之一。

二是激光照明。激光照明有两种不同的技术路线，即发白光的激光器和未来激光照明。美国亚利桑那大学研究一种纳米厚度由锌、镉、硫、硒构成ZnCdSSe，确保晶体并存，纳米薄片分成三部分，在光脉冲激发下可发R、G、B三基色的激光，混合成白光，可用于照明，也可用于光通信，光响应速率比普通LED快10～100倍。诺奖获得者中村修二多次表示，激光照明是未来照明的观点，该技术是采用半极性GaN激光管结合先进的荧光粉技术，其优点是电流密度大，所需芯片面积更小、更节能、寿命长、方向性好等，但目前价位较高。他还认为，多种不同技术路线的白光照明将长期共存。

三是钨丝+纳米光学晶体。麻省理工学院三位教授发表论文称：钨丝灯外置纳米光学晶体，该晶体采用传统淀积技术制备多层叠加在一个基板上，将光反射到灯丝，利用红外热又将灯丝发可见光全光谱，发光效率可达40%，还有更高的可能。原来的钨丝灯或重返照明领域。

四是碳点发光技术。美国犹他大学两位教授近期发布：采用玉米残渣、面包渣等在高温高压的溶液中经90分钟加工形成碳源CDs，其中部分是碳量子点，尺寸小于20nm，将CDs悬浮在环氧树脂中可形成LED，成为碳QLED。其优点是比硒化镉量子点成本低，无毒无害，目标是利用废弃物进行大规模生产这种碳QLED。

五是钙钛矿发光技术。采用纳米结构的钙钛矿，用于发光照明及光显示，还可用于高性能电子器件，目前有三种技术路线。金属卤化物钙钛矿发光由英国剑桥大学卡文迪实验室研究，这种材料含铅、碳基离子和卤素离子，易溶于普通溶剂，干燥后形成钙钛矿晶体，制备设备价格低、简单、成本低，并提出钙钛矿LED五年内产业化。

有机卤化物钙钛矿发光是无机有机混合物，生产快速简单、成本低，在12V下，发光亮度达10000坎德拉/平方米，但性能不够稳定。

全无机钙钛矿量子点LED来自南京理工大学曾海波教授研究团队。该QLED发可见光400～800nm，量子效率大于70%，绿光光效达90%以上，能实现RGB三基色等多色电致发光。可用于发光、各种显示和激光显示。

六是黑磷发光技术。澳洲国立大学制成的单原子层状磷烯，具有半导体性能，并有非常强的发光特性，可制作PV和LED。黑磷具有能隙，将它剥离并堆叠在硅基板上，可通过在硅基板上堆叠的磷层数来调整能隙，未来用于制作晶体管、传感器、光探测、PV及LED等。黑磷具有潜在应用前景，全球有很多研究者。国内从事该研究的有中科院深圳先进技术所、深大、科大、复旦、上海应用数学所等。

七是二维半导体材料MX2。这是继石墨烯之后新材料领域的研究热点，由于这些材料具有独特的晶格结构和特性，具有巨大潜在应用能力，倍受全世界研究者的重视。

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