暨南大学唐群委Nano Energy: 确定了碱土金属离子掺杂无机钙钛矿的摩擦电序列

引言

近年来，无机CsPbBr₃钙钛矿迅猛发展，由于具有优异的光学、光电性能以及良好的稳定性已被广泛应用于光电子器件中，此外，其独特的介电性质也使其在摩擦纳米发电机中崭露头角。然而，无机钙钛矿材料的摩擦电极性以及摩擦电与光电特性的结合仍有待研究。

成果简介

近日，暨南大学信息科学技术学院唐群委教授团队在全无机CsPbBr₃钙钛矿摩擦纳米发电机领域取得新进展，并在化学和材料领域重要刊物Nano Energy（影响因子：16.602）杂志发表了题为“Triboelectric charging behaviors and photoinduced enhancement of alkaline earth ions doped inorganic perovskite triboelectric nanogenerators”的研究论文。

在本工作中，唐群委团队首次报道了CsPbBr₃钙钛矿及碱土金属掺杂CsPb_1-xM_xBr₃ (M = Mg²⁺, Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺, x = 0~1)钙钛矿的摩擦电荷极性，并建立了无机钙钛矿材料的摩擦电序列。通过系统研究光照和暗态情况下三种器件结构（介电材料/钙钛矿摩擦纳米发电机，碳/钙钛矿摩擦纳米发电机，碳/钙钛矿太阳能电池）的输出性能，阐明了光生电荷可以极大程度提升钙钛矿材料的摩擦电荷量并且可以改变其摩擦电荷极性的新现象，该成果为摩擦电-光电电子学理论的建立奠定了基础。

王宇迪博士后为第一作者，杨希娅副教授和唐群委教授为文章的共同通讯作者。

文章链接

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520308570

图文导读

图1. CsPbBr₃和CsPb_1-xM_xBr₃薄膜的（a）XRD图和（b）Pb 4f峰的XPS图谱；（c）CsPb_1-xM_xBr₃的晶体结构；（d）基于CsPb_1-xM_xBr₃钙钛矿薄膜的接触-分离式摩擦纳米发电机的器件结构和单个循环机理示意图；每个循环输出的（e）V_oc、（f）I_sc和传输电荷Q_sc；（g）通过与常规介电聚合物配对确定的CsPbBr₃摩擦电荷极性。

图2. CsPb_1-xM_xBr₃钙钛矿摩擦纳米发电机在不同掺杂离子含量时的（a）V_oc、（b）I_sc和（c）Q_sc输出；CsPb_1-xM_xBr₃钙钛矿摩擦纳米发电机在最优离子含量时的（d，g）V_oc、（e，h）I_sc和（f，i）Q_sc输出。

图3. 基于（a）CsPbBr₃、（b）CsPb_0.99Mg_0.01Br₃、（c）CsPb_0.97Ca_0.03Br₃、（d）CsPb_0.93Sr_0.07Br₃和*（e）CsPb_0.91Ba_0.09Br₃钙钛矿摩擦纳米发电机在负载为50MΩ时的最大输出能量的V-Q曲线；（f）CsPb_1-xM_xBr₃钙钛矿摩擦纳米发电机在最优离子含量时的FOM_p值。

图4. CsPb_1-xM_xBr₃钙钛矿在最优掺杂离子含量时的（a）Fermi能级和（b）介电常数；(c)在接触起电过程中，电荷在钙钛矿和PVDF间的传输示意图；（d）包含CsPbBr₃和CsPb_1-xM_xBr₃钙钛矿的摩擦电序列。

这项研究得到青岛海洋科学与技术国家实验室主任基金项目（QNLM201702），中国博士后科学基金面上项目（2019M650231, 2019M663379），国家自然科学基金项目(61774139, U1802257)，广东省杰出青年基金项目（2019B151502061），和中央高校基本科研专项资金（11618409，11619311）的支持。

本文由暨南大学信息科学技术学院唐群委教授团队投稿。