钙钛矿材料因其优异的性质和在太阳能电池、发光二极管（LED）等领域的广泛应用而备受关注。来自SpringerMaterials的Sharon George采访了《自然-通讯》的几位编辑，共同探讨钙钛矿研究的新兴趋势，包括光伏、LED技术、量子应用，以及可持续发展行动等方向的进展，助您了解钙钛矿将如何深刻影响多个不同的行业，以及这一备受关注的材料将如何推动可持续未来的构建。
光伏的发展：从叠层太阳能电池到室内太阳能电池
光伏是钙钛矿研究中的热点话题之一。《自然-通讯》高级编辑Natalie Lok Kwan Li表示，当前研究重点关注太阳能电池和模块的性能提升。叠层太阳能电池的开发是该领域十分重要的进展之一。这类电池将钙钛矿材料与其他半导体相结合，以实现较传统单结太阳能电池更高的效率。
另一个新兴趋势是钙钛矿材料在太空光伏和室内光伏（IPV）领域的应用。这些应用要求材料能在低照度条件下有效运转，因此钙钛矿成为了理想的候选材料。近期的研究证实，室内钙钛矿太阳能电池的效率可逼近45%[1]，有望成为物联网（IoT）设备的供电解决方案。
在这些方面，值得关注的论文有卤化物钙钛矿辐射损伤和修复机制研究[2]，以及卷对卷制备的钙钛矿太阳能电池模块[3]。这些研究代表了科学界为提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和可制造性所付出的不懈努力，为其商业化铺平了道路。
发光二极管和显示技术的突破
钙钛矿材料在发光二极管（LED）和显示技术领域也取得了重大进展。《自然-通讯》主编Steven Lukman指出，越来越多的研究专注于利用添加剂提高钙钛矿LED的效率和稳定性[4]。这些添加剂可以加入基体材料中或界面处，提升LED的整体性能。
随着钙钛矿LED迈向商业化，研究人员也在努力解决与大面积制造和可持续性相关的问题。例如他们正采用循环经济模式，通过从废弃产品中回收材料，使钙钛矿太阳能电池更加可持续。
此外，钙钛矿材料还被用在先进显示技术中。多家公司正在推进钙钛矿荧光体显示器的商业化，其中一些原型机尺寸达到了惊人的77英寸。这展示出钙钛矿优越的发光性能以及深刻改变显示行业的潜力。
探索量子技术
钙钛矿材料的应用不仅限于太阳能电池和LED等常规领域。目前，研究人员正在探索钙钛矿材料在量子技术中的用途。Lukman表示，人们对钙钛矿在单光子发射、偏振发光以及圆偏振发光中的应用愈发感兴趣。这些特性对于开发先进量子技术至关重要。
此前聚焦于钙钛矿中热载流子冷却的研究人员正在开始关注这些高级应用。例如，有研究展示了胶体卤化铅钙钛矿量子点所产生的相干单光子发射，凸显了钙钛矿在量子计算和量子通信领域的潜力。
应对可持续发展挑战：无铅方案和循环经济
铅的存在会带来环境和健康风险，因而成为钙钛矿研究中的一大挑战。为解决这一问题，研究人员正积极寻找无铅替代方案。《自然-通讯》高级编辑Harry Geddes强调，理解缺陷和无序对钙钛矿性质的影响十分重要。通过开发缺陷耐受的材料，研究人员便能设计更加稳定、高效的无铅钙钛矿。
此外，钙钛矿材料循环经济也得到了更多的重视。即通过对钙钛矿材料进行回收和再利用，尽可能减少废弃物，降低对环境的影响。例如，有研究探讨了防止钙钛矿中铅释放的方法，以确保这些材料可被安全地回收和再利用。
未来的方向：缺陷耐受性和高级应用
展望未来，钙钛矿研究的关键在于理解并调控缺陷耐受性。全面理解组分变化对材料性质的影响，研究人员就有能力对钙钛矿进行精细调控，以满足多种应用场景。这不仅与钙钛矿研究有关，而且是整个材料化学领域的中心主题。
近期发表的论文着重报道了通过缺陷控制和组分设计稳定甲脒碘化铅钙钛矿的进展[5]。此外，自动材料合成与表征技术正在加快新型钙钛矿固溶体的发现[6]。这些创新推动着整个领域的发展，为高级应用带来了新的可能。总而言之，钙钛矿研究在光伏、LED、量子技术和可持续发展等方向取得了突破性进展，正处在材料科学领域的前沿。
几位《自然-通讯》编辑的见解和近期发表的研究表明，钙钛矿研究是一个发展迅速、充满活力的领域。数据显示，钙钛矿全球市场规模预计将从2021年的8,400万美元增长到2026年的11亿美元，年复合增长率为66.5%。
为助力研究人员不断探索和创新，推动建设一个更加高效、可持续的未来，施普林格·自然与杜克大学联合推出钙钛矿数据集。
该数据集是施普林格·自然与杜克大学合作的成果，由杜克大学HybriD3团队和Volker Blum教授领导汇编，可通过SpringerMaterials平台访问。该数据集包含了数百种有机-无机杂化钙钛矿材料的组成、性质和合成方法的信息，以及钙钛矿太阳能电池器件数据，致力于提供特定材料和/或特性的“理想可用”数据。研究人员可以使用它来高效比较和分析不同钙钛矿材料，并针对特定应用优化其特性。这不仅有助于加快新材料的发现，而且还能提高研究工作的效率和效度。
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参考文献：
[1]https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ee/d3ee04022d
[2] https://www.nature.com/articles/s41467-024-44876-1
[3] https://www.nature.com/articles/s41467-024-46016-1
[4] https://www.nature.com/articles/s41560-024-01529-3
[5] https://www.nature.com/articles/s41467-024-46044-x
[6] https://www.nature.com/articles/s41467-024-50884-y
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