DOI: 10.1002/aenm.201902256
研究背景：
有机-无机金属卤化物钙钛矿材料由于具有宽光谱响应范围、高消光系数、高载流子迁移率、长电子-空穴扩散距离以及相对简单的制造工艺等优点，已经成为最热门的半导体光电材料，被广泛应用于太阳电池、发光二极管、光催化、光电探测器、X射线成像等。特别是在太阳电池领域上，最高认证效率已经达到25.2%。目前高效率的太阳电池基本都是采用平整光滑无孔洞的高质量钙钛矿薄膜。然而，这种传统的钙钛矿薄膜形貌在光学性质和电荷传输性能上依然存在一定的劣势，如光捕获能力不足、反射率高以及通常电子与空穴需要传输几百纳米才能被收集、与其它功能材料界面接触面积有限等。因此，要进一步突破光电转化效率的理论极限，必须另辟蹊径。相对于平整光滑无孔洞的钙钛矿薄膜，新兴的具有特定纹理多孔形貌的钙钛矿薄膜显示出更强的光捕获能力和电荷收集能力，极具潜力进一步突破光电器件的理论效率极限。
本文亮点：
揭示了传统镜面光滑钙钛矿薄膜在光学和电学上的局限性。
介绍了几种新兴纹理多孔钙钛矿形貌的结构特点、制备策略与形成机理。
总结了纹理多孔钙钛矿在光散射，载流子传输与平衡，以及钝化缺陷等方面的优势。
展望了纹理多孔钙钛矿薄膜在其它光电应用的巨大潜力。
最近新兴的具有纹理多孔形貌的钙钛矿薄膜为进一步提高光电器件的性能提供了新思路。目前，尽管基于传统平滑的薄膜的钙钛矿器件已经获得不错的光电转换效率，但是对光的捕获效率不够高，载流子容易发生复合等固有短板限制了效率的进一步提升。近日，中山大学团队联合澳大利亚昆士兰大学团队系统地总结了各种新兴的具有纹理多孔形貌（如珊瑚状、迷宫状、柱状或准核壳结构）的钙钛矿薄膜的结构特点和形成机理，揭示了其用于进一步提升太阳电池和发光二极管器件性能的独特优势，最后展望其在其它光电器件中的潜在新应用。相关研究成果以“The Rise of Textured Perovskite Morphology: Revolutionizing the Pathway toward High-Performance Optoelectronic Devices”为题发表在Adv. Energy Mater.上。该综述旨在介绍新兴的具有各种特异纹理形貌的钙钛矿薄膜，揭示其高效光捕获和载流子传输的内在机理，并展望其在众多光电器件的应用中大放光彩。
这篇研究进展综述首先概述了几种制备纹理多孔形貌钙钛矿薄膜的创新合成策略，包括结合基底诱导和吹气法、溶解-再沉淀法、添加剂辅助法等得到底部致密，顶部粗糙多孔的双层结构钙钛矿薄膜。这种纹理钙钛矿形貌具有微纳尺寸的多孔结构，可以有效散射入射光，增长光在钙钛矿薄膜内部的光程，展现出优异的光捕获能力。此外，多孔骨架，有助于功能材料更好地渗入到钙钛矿层从而构建体相异质结，有利于界面载流子提取、平衡输运以及实现缺陷钝化。基于纹理形貌的钙钛矿太阳电池有望突破Shockley–Queisser的效率极限。在发光二极管的应用上，创造了21.6%的EQE效率记录。最后，作者深入浅出地预言了此类纹理多孔形貌的钙钛矿薄膜将会在基于钙钛矿基的高效光电器件掀起一场新革命，指明其在半透明电池基智能窗户、异质结电池、无电荷传输层电池以及钙钛矿基光催化领域的巨大应用潜力。
长期致力于新型半导体纳米材料的合成，高性能光电器件设计、性能优化与相关机理研究。目前已在Chem. Soc.Rev.、Nat. Commun.、Sci. Adv.、J. Am. Chem.Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.和Energy Environ. Sci.等期刊上发表SCI收录论文50多篇，引用近3000次。
中山大学化学学院教授，博士生导师，2011年入选教育部新世纪优秀人才支持计划；2016年获聘为广东省“珠江学者”特聘教授；2016年入选广东省百千万工程领军人才。课题组围绕新能源材料与光电应用开展研究：主要从事无机光电材料的设计、合成与太阳能利用，包括钙钛矿太阳电池，光/光电催化分解水和光催化CO2还原等方面的应用基础研究。团队已在Nat. Commun.、J. Am. Chem.Soc、Angew. Chem. Int. Ed、Adv. Mater.和EnergyEnviron. Sci.等国内外学术期刊上发表SCI收录论文170多篇，被他人引用11000多次。
澳大利亚昆士兰大学化工学院纳米材料中心主任，澳大利亚基金委桂冠教授。主要从事半导体纳米材料的合成及其在清洁能源转化与存储领域包括光催化制氢和新型太阳能电池等的应用。先后在NatureEnergy, Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew Chem等国际学术期刊发表论文400余篇，论文被引用22000余次。
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