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新的钙钛矿制造技术可大规模生产太阳能电池住宅用途：一种新的制造工艺可大规模生产钙钛矿太阳能电池。 iStock/MarioGuti供图。来自台湾和美国的研究人员发现制造工艺中需要一个简单改变，这个简单的改变将很快使高性能钙钛矿太阳能电池的大规模生产变得更容易。这项技术是由国立台湾大学（National Taiwan University）的Leeyih Wang及其同事开发的，他们表明，这项技术既能提高太阳能转换效率，又能提高钙钛矿微型模块的使用寿命。他们的创新可以为大规模生产钙钛矿太阳能电池开辟新途径，使其成为现有硅基电池的有力竞争对手。钙钛矿材料被广泛视为低成本、大面积太阳能电池最有前途的候选材料之一。由于其出色的光电性能，最近的实验已经证明转化效率高达22%，超过0.5 平方厘米的有效面积。然而，由于薄的钙钛矿膜制造要求高，目前在更大的尺寸范围内还实现不了类似的实验室性能。当前，制造过程通常将抗溶剂滴到钙钛矿前驱体上，其被旋涂在一个衬底上。理想情况下，该技术可以制造具有均匀、高质量晶体结构的薄膜。但是，必须严格控制该工艺的条件，并且必须在初始沉积后仅 9 s 的时间内应用抗溶剂。否则，由此产生的钙钛矿薄膜可能是表面粗糙和不均匀的，这会降低其作为太阳能电池的性能。而且随着薄膜尺寸变大，实施这一工艺变得越来越困难。新的抗溶剂为了解决这个问题，Wang的团队，包括洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）的研究人员引进了一种技术，大大拓宽了沉积后的时间窗口。他们使用环丁砜作为抗溶剂，这使得他们在实验中能够制造出均匀的、高质量和大面积的钙钛矿薄膜。为了研究分子间机制来解释这种现象，他们利用X射线衍射和红外光谱学的组合研究了所涉及的化学反应。他们发现，环丁砜分子和钙钛矿前驱体离子之间的氢键显著减缓了结晶过程，从而将添加抗溶剂的时间窗口延长到90秒。这使得致密的、高度均匀的晶体结构能够在不那么严苛的工艺条件下形成。为了证明这一改进，Wang和同事们制造了一个有效面积为36.6平方厘米的钙钛矿太阳能电池微型模块。他们的器件实现了超过16%的太阳能功率转换效率，并在50 °C下运行250 小时后仍保留了约90%的初始性能，在这这个温度节点上达到了最大的功率值。这种高效率和长的运行寿命为大规模生产钙钛矿太阳能电池创造了条件，即可在更加灵活的制造条件下生产。Wang的团队希望这项技术能很快在商业上得到广泛应用，甚至可能成为硅基太阳能电池的一个有力的竞争对手，从而提升可再生能源的前景。这项研究发表在《Joule》上。原文链接

来自麻省理工学院（美国波士顿）、DESY、汉堡大学和加州大学戴维斯分校（美国）的研究团队已经成功地在金属纳米天线上产生了持续时间仅为几百个阿秒的电子脉冲， 并且用它们测量了极弱的电场。 一阿秒相当于十亿分之一秒的十亿分之一（10-18秒）。在以前的研究中，类似的测量只有用能产生阿秒紫外脉冲的精密激光装置才能进行。现在证实的方法无需使用复杂的激光或真空装置，只是用了简单的光纤激光器装置和小型集成芯片，扫描电场的灵敏度能够要比以前好一百万倍。该研究的主要作者之一、DESY研究人员Felix Ritzkowsky解释说，“利用我们的新技术，我们甚至可以制造出能够观察光振荡的示波器”，该国际团队现在已将此研究发表在《自然光子学》杂志上。 自上个世纪以来，示波器一直是最重要的科学仪器之一，并且几乎在世界上每个实验室中都可以找到。从医学上记录频率在赫兹范围内的心电图（ECG）（1赫兹（Hz）是每秒一次振荡）到兆赫兹（106 Hz）范围内的无线电和千兆赫兹（109 Hz）范围内的现代计算机，它可以使具有广泛的信号强度和频率范围的电信号可视化。使这些短时间范围内的信号可视化让我们可以深入了解物理系统及其性能。 示波器通过离散采样记录电场，是与观测频率无关的。因此，它通过在比波周期短得多的间隔内确定波的各自高度来测量波的形状。在常规电子设备中，这类似于频闪照相系列，是通过快速切换电路并读取信号的瞬时场强完成的。 在现代光学中，处理例如拍赫兹（1015 Hz）范围内的电磁波时，由于常规示波器无法直接使用，因此需要使用多种直接和间接光学方法来记录光波。 然而，在他们目前的研究中，研究人员现在已经能够证明，常规示波器的扫描技术也可以适用于纳米天线中电子脉冲的阿秒切换。 利用这些只有数百纳米的金属纳米天线可以有效地捕获光波并且能使天线以光的频率振荡。被该团队捕捉到的闪光非常短，它们只包含光波的两次振荡。它们产生的振荡足以使电子发生量子隧穿发射，产生数百阿秒的短电脉冲。类似于太阳能电池或光电二极管，通过同时使用许多纳米天线，并且可以增加电流，可以使用常规电子设备测量释放的电荷。为了扫描电场，现在可以使用飞秒激光脉冲生成阿秒电流脉冲。如果该电流与要测量的第二个电场或光波相互作用，则该电场的瞬时电压会在电流脉冲的振幅上引起微小变化。这个变化可以用电子学方法读取。现在如果在很短的间隔重复执行此操作，就可以重建完整的电信号。由于采样脉冲的极短性，该技术可潜在地用于测量频率低于拍赫兹范围的信号。 这项技术是超短光脉冲与物质相互作用应用中的重要进展，将允许以更高的灵敏度和阿秒分辨率及时研究新的现象。对麻省理工学院这个研究方向有影响的、汉堡DESY的首席科学家FranzKärtner说，“新型的拍赫兹示波器有可能从根本上改变光学领域的测量技术，尤其是光谱学”，“该方法可以使用一台仪器通过光谱学确定从微波范围到紫外线范围的传输振幅和相位，而该仪器在将来可以缩小为芯片大小的尺寸”。麻省理工学院该项目的首席研究员菲利普·凯斯利Phillip Keathley展望了其广泛的潜在应用：“例如，这种方法将帮助研究人员更好地了解植物或光伏中光的吸收机理，或更好地识别复杂生物系统中的分子指纹 ”。 金制纳米天线的扫描电子显微镜图像。这些三角形就是真正的纳米天线。类似避雷针，它们在顶端产生一个很高的电场。这个电场产生电子脉冲，该电子脉冲被长带状线捕获并随后用常规电子设备读出。(图片:M. Turchetti，麻省理工学院) 实验中使用的纳米天线在一块玻璃芯片上制成的，并完全集成到印刷电路板上。（图片：N.Abedzadeh，麻省理工学院） 消息来源：https://photon-science.desy.de/news__events/news__highlights/nanoantennas_pave_the_way_to_compact_petahertz_oscilloscopes/index_eng.html

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钙钛矿纳米晶体由于其潜在的量子信息应用而在最近引起了极大的研究关注，这在很大程度上取决于强大的光学技术的发展，以解决精细的激子光物理。南京大学Xiaoyong Wang, Min Xiao和华盛顿州立大学Zhi-Gang Yu 等人已经实现了单个钙钛矿CsPbI3纳米晶体的共振和近共振激发，而散射的激光仅占总收集信号的10％。 这使我们能够为单个CsPbI3纳米晶体的发射态估计约11.32 µeV的超窄光致发光激发线宽，对应于?116.29 ps的激子移相时间。同时，可以从单个CsPbI3纳米晶体解析尺寸量化的声子，该晶体与激子的耦合被认为是由压电势引起的。从单个CsPbI3纳米晶体收集共振荧光的能力，以及随后的激子-声子声子耦合的揭示，标志着迈向稳定地发展为高级量子光源的关键一步。 Lv, Y., Yin, C., Zhang, C. et al. Exciton-acoustic phonon coupling revealed by resonant excitation of single perovskite nanocrystals. Nat. Commun. 12, 2192 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-22486-5 消息来源： 知光谷

有效面积的增大会严重影响钙钛矿发光二极管（PeLED）的性能。南开大学袁明鉴等人研究了钙钛矿发光层制造方法的失效机理。理清了严重的相分离是其稳定性差的原因。并引入了L-正缬氨酸以构建低形成焓的COO-配位中间相。新的中间相改变了准二维钙钛矿的结晶途径，从而抑制了相分离。 基于此方法，获得了具有期望特性的高质量大面积准2D薄膜（PEA2(FA0.7Cs0.3)n&minus;1PbnBr3n+1 (n&thinsp;=&thinsp;2, 3, &hellip;, &infin;)）。在此基础上，研究人员进一步合理地调整了薄膜的复合动力学。 结合多种策略，制备了一系列高效的绿色准2D PeLED，其有效面积为9.0 cm2。在n = 3时达到了16.4％的峰值外量子效率，代表了迄今为止最有效的大面积PeLED。同时，在基于<n> = 10的薄膜器件中实现了高达9.1&times;104 cd m-2的亮度。 Sun, C., Jiang, Y., Cui, M. et al. High-performance large-area quasi-2D perovskite light-emitting diodes. Nat. Commun. 12, 2207 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-22529-x 消息来源： 知光谷

由于在光电，传感，生物成像，加密，逻辑门等领域具有应用前景，室温磷光（RTP）一直是当前科学技术中活跃的研究方向之一。纯有机磷光材料具有来源广、易于设计合成、柔性、低成本、低毒性等优势，近年来受到了研究人员的广泛关注。目前，人们通过主客体掺杂、晶体工程、超分子自组装等手段已经获得了一系列具有优异光学性能的RTP材料。共晶是晶体工程中重要方面，可以将两种或多种化合物通过非共价键的形式结合以调控或改善材料的性能，受到了广泛的关注。通过共晶的手段构筑RTP材料体系，既可以进一步优化和改善RTP材料的光学性质，也为深入研究高性能RTP材料的内在发光机制提供了平台。 南京工业大学先进材料研究院安众福教授和黄维院士课题组近日在Advanced Optical Materials上综述了近年来共晶型室温磷光材料的研究进展。作者首先介绍了磷光的发光机理及调控磷光发光性质的手段，主要包括重原子效应、H聚集，n-&pi;跃迁以及共晶和主客体掺杂。其中，有机磷光材料可以与具有不同杂/卤原子的&pi;共轭分子通过弱分子间相互作用形成共晶，因此可以进一步优化和改善RTP的发光特性。因此，作者从RTP共晶材料的设计策略开始，根据共晶中存在的典型相互作用，如卤键，氢键，离子键，&pi;-&pi;相互作用力等，对已报道的RTP共晶材料进行了分类。综述主体详细总结了目前已报道的共晶型RTP材料的光学性质与自组装作用力，重点讨论了各种作用力对磷光共晶光学性能的影响。现有的共晶型RTP材料表明通过控制单个分子的化学计量比，可以有效地调控发色团的分子堆积，实现对磷光激发态性质的调节。同时，与单组分晶体相比，共晶中所形成的新的分子间相互作用力也可以为发色团提供额外的刚性，有效地抑制三线态激子的非辐射跃迁。此外，共晶中存在的杂/卤原子也将进一步促进磷光分子的SOC，有效地促进系间窜跃过程。最后，作者讨论了目前在构筑共晶型RTP材料方面面临的一些挑战，如共晶组装的机理有待明确，有机共晶对磷光发光过程的影响机制有待进一步探讨等，并希望在未来能够开发出更多新型的共晶型RTP材料体系，以进一步完善对该领域的认知。 消息来源：MaterialsViews

在食品生产、配送、制备和消费过程中，不恰当的处理可能导致严重的公共卫生风险。例如，食用变质的食物每年会导致数千万人患病，数十万人死亡。食物变质时会产生生物胺，最具代表性性的是组胺，可引起人体的过敏反应，如低血压、皮肤刺激、头痛，甚至导致死亡。为应对日益严重的食品安全问题，探索简单高效的食品质量检测技术已迫在眉睫。此外，准确、实时的食品质量评价可以避免不必要的食品浪费，挽回不必要的经济损失。 在过去的几十年里，荧光传感技术因其无创性、快速响应和高灵敏度而受到广泛关注。特别是它具有将荧光探针和相关检测附件集成为便携式监控系统中的潜力。我们对荧光探针检测食品质量的大量研究进行了调查，发现它们中的大多数会产生单信号响应(开/关模式)，一些与分析物无关的因素，如探针光漂白、样品光散射和激发光波动，可能会干扰检测的准确性和灵敏度。基于两个或多个信号的比率荧光探针具有自校准能力并且可以产生具有明显色相区别的不同颜色，以便肉眼进行可视化识别。实现比率荧光技术革命的一个关键在于开发新的探针材料。作为一种新兴的探针材料，金属有机框架（MOF）因其高比表面积、可调节的金属离子种类和多样的功能位点而在传感和检测方面具有特殊的前景。MOF探针量身定制的结构可以提供特定的主客体相互作用，用于选择性识别目标分子。据报道，一些双/多发射MOF通过电子离域诱导的发射红移、限制诱导的增强效应和能量转移用于鉴定胺化合物。然而，基于MOF的生物胺比率荧光传感器很少被报道。这是因为:1)双/多发射MOF的比例调节通常受到残余配体荧光、来自不同发射中心的能量转移以及复合物结构稳定性的限制。因此，对生物胺的荧光响应行为很难控制，最终的检测浓度范围总是超过实际需要。2)大多数检测模式依赖于具有固定参比信号的比率检测，并且来自探针材料荧光颜色的变化在期望的检测范围内通常是缓慢的，因此难以将其与便携式传感终端集成应用于现场实际应用。 浙江工业大学汪晶、黄亮研究团队与德州大学圣安东尼奥分校陈邦林教授首次通过将镧系MOF(EuMOF)与5-异硫氰酸荧光素(5-FITC)分子共价偶联，成功地制备了双发射比率荧光探针。在这项工作中，5-FITC被选为发射中心，因为它的异硫氰酸酯基团可以通过亲电加成反应很容易地被胺基修饰，并且它具有对酸碱度敏感的绿色荧光，可以与Eu3+发射的红色荧光结合形成高分辨的颜色识别系统。基于FITC 响应pH产生的结构变化、分析物诱导的能量转移、分析物与EuMOF和探针之间的特殊相互作用所结合并产生的双信号响应机制，所获得的EuMOF-FITC探针在生物胺指数范围(&asymp;5-50 mg/L)内对目标生物胺具有快速响应和优异的灵敏度。与现有材料相比，该探针显示出高度可辨别的荧光颜色变化。通过简单的掺杂方法，探针可以进一步与市售的玻璃纤维膜复合。此外，通过与基于智能手机的便携式监控系统相结合，EuMOF-FITC复合膜成功地指示了鱼肉样品的新鲜度。 研究者相信，此项研究将会为MOF为基础的比率荧光探针材料提供新的设计策略，并为集成监控系统应用于食品安全领域提供新的思路。 消息来源：MaterialsViews

热激活延迟荧光材料（TADF）是目前处于研究热点的新一代有机发光材料，通过化学键的作用将给体和受体单元连接起来是构筑（TADF）的一种重要方式，它可以形成较小的单线态和三线态能级差，从而有利于室温条件下三线态激子通过反向系间窜越转化为单线态激子。新型的TADF发光材料，既可避免传统荧光材料三线态激子不发光的缺点，又不像磷光材料必须依赖贵重金属的自旋轨道耦合效应才能诱导出可辐射复合的三线态激子，因此具有“物美价廉”的双重优点，可以实现100%的激子利用率。近年来，通过空间电荷转移现象也可实现TADF过程，大大拓宽了有机发光材料的开发途径，这种既可以通过分子间的物理作用又可以通过分子内的化学过程来调控激子产生和利用的方式引起了科学家的广泛兴趣。 华中师范大学物理科学与技术学院薛钦副教授和武汉大学化学与分子科学学院谢国华副研究员基于近年来在有机电致发光材料和器件的研究基础，受邀撰写关于空间电荷转移作用的TADF材料和器件应用的综述文章，系统归纳了空间电荷转移诱导的TADF发光机制的产生途径和方式。 空间电荷转移可以发生在不同的分子之间，也可以通过同一个分子的给体和受体单元相互作用产生，这种作用不仅可以方便地调控发光颜色、激子寿命、荧光量子效率，还有利于研制高效的有机电致发光器件。有机半导体分子间的空间电荷转移过程常在激基复合物或者激基缔合物体系中发现，因其一般具有较小的单线态和三线态能级差，从而表现出TADF过程，不仅可以实现高效的电致发光，也可充当主体材料将能量传递给其他发光分子，提高激子利用率，用途广泛，功能十分强大。当然也有例外，不是所有激基复、激基缔合物合物的发光都是TADF机制的，需要仔细甄别。同一个TADF分子中给体和受体单元由于分子排列不同，例如“头尾相靠”，相同化学结构的一个分子的给体和另一个分子的受体也可以产生空间电荷转移，从而增加了反向系间窜越的通道，可以更高效地俘获三线态激子。另外，有些给体和受体分子可以跨越分隔层（可达几十纳米厚）产生长程的空间电荷转移，当然这种过程像是一把“双刃剑”，有可能产生更多的激子利用途径，也可能导致高能激子失活、荧光量子效率降低，器件性能变差，因此需要利用器件工程进行优化设计并加以有效利用。 当给体和受体基团以非共轭的方式连接时，由于他们之间独特的空间电荷转移行为，也可以在分子内诱导产生TADF现象，这是目前构筑高性能TADF电致发光材料的一个重要方式。例如邻位连接的给体和受体单元因其有效的空间距离拉大，通过化学键作用的电荷转移过程会减弱，有些分子体系便会向空间电荷转移过渡。分子的&pi;空间堆叠伴有本征的空间构象分离，可以抑制通过化学键主导的电荷转移过程，因此也是一种有效的TADF材料设计方案。还有一些桥连基团可以有效地打断分子内的共轭，使得最高被占据的分子轨道（HOMO）和最低未被占据的分子轨道（LUMO）更有利于在空间分布上产生分离，而这本身恰好满足了TADF材料设计的一个重要原则，自然而然地有利于维持较小的单线态和三线态能级差，可用于构筑高性能的TADF材料和电致发光器件。树枝状分子和聚合物具有更多样的空间排列，为给体和受体单元组合实现空间电荷转移提供了更多可行的方案，这也是未来开发溶液加工型TADF材料和器件的一个重要途径。 另外本文还强调了新型给体和受体单元的设计、分子排列方式以及聚集态行为对TADF发光机制的影响，这类材料未来将在显示、照明、生物医疗等方面发挥作用，具有广阔的应用前景。 消息来源：MaterialsViews

极端太赫兹科学是当代前沿研究的热点，可为研究材料科学、生物效应、电子加速等提供前所未有的场敏感平台。要想获得场强大于10 MV/cm的极端太赫兹强场，除采用价格昂贵、体积庞大、极其稀缺的高能激光器作为泵浦源产生自由空间的超强太赫兹辐射外，如能将强太赫兹场耦合进入纳米结构，进而通过局域场增强的方式获得极端条件，将是一个低成本、可操作性强的有效方案。当具有亚毫米尺度的太赫兹电磁波与纳米结构相互作用的时候，电磁波的宏观波长被弱化，反之纳米结构“感受到”的是太赫兹场的作用效应。传统方式多采用纳米颗粒、纳米条带等方法来实现太赫兹场的局域增强效应，场增强倍数不高导致极强的太赫兹峰值场强照射样品才能观察到明显的效应，对后续调控与应用产生极大的阻碍。 针对上述强场太赫兹非线性效应实现和应用过程中的科学问题和技术难点，北京航空航天大学吴晓君课题组与天津大学张伟力教授、新加坡南洋理工大学Ranjan Singh教授团队合作，通过将微米周期劈裂共振环的开口缩小到纳米尺寸，发现其局域场增强可高达103-104倍，并利用传统的微纳加工技术结合适当的特殊工艺制备出了具有15 nm开口宽度的大面积太赫兹纳米超表面。在实验上先通过高信噪比的传统弱场太赫兹时域光谱技术结合仿真计算比对的方式，验证了开口的宽度，进而利用铌酸锂倾斜波前法产生了最大单脉冲电场约100 kV/cm的太赫兹脉冲，通过控制泵浦太赫兹脉冲的强弱，观察到强场太赫兹诱导的非线性频率调控现象。与传统非线性太赫兹超表面最大的不同在于，本工作实现的场敏感频率调控只发生在纳米缝隙处，体相应被明显抑制，因此利用太赫兹自身的透射谱即可探测到频率的调控现象。该过程是通过纳米缝隙处极强的太赫兹场诱导衬底硅出现碰撞电离效应，导致纳米缝隙出现闭合，劈裂共振环的共振频率发生移动来实现高灵敏度的探测。不仅如此，还通过400 nm泵浦-强弱场太赫兹脉冲交替探测的方式，研究了纳米缝隙在外注入载流子的情况下，强太赫兹场还能通过谷间散射将闭合的纳米缝隙“打开”，再次证明非线性太赫兹纳米超表面极强的调控能力。 该工作不仅通过传统光刻技术成功实现了世界上第一个大面积非线性太赫兹纳米超表面，而且实验上验证了其非线性频率调控功能，为推动极端太赫兹科学、太赫兹纳米技术、新型纳米太赫兹器件等开辟了新思路。 消息来源：MaterialsViews

近日，中国科学院上海光机所强场激光物理国家重点实验室与华中科技大学合作，从器件设计和太赫兹光谱研究等方向出发，发现了低毒、低成本硒化锑（Sb2Se3）薄膜太阳能电池中快达几个皮秒的热电子提取过程，并成功抑制其缺陷复合过程。相关结果发表于ACS Energy Letters。 不断提高太阳能电池的光电转换效率一直是光电器件研究者在新能源领域不懈的追求。同时，低成本、高效率的太阳能电池前沿研究也将为实现我国2030年“碳达峰”目标和2060年“碳中和”目标提供重要的理论与实验研究基础。 本工作将硒化锑薄膜生长在不同的缓冲层上，使用时间分辨太赫兹光谱研究其中的热载流子提取与电荷分离动力学，实现了氧化锡（SnO2）作为电子传输层对电子提取过程（hot-electron extraction）的调控。通过光生载流子的电导率在太赫兹波段的色散关系分析，硫化镉（CdS）缓冲层与氧化锡缓冲层中两种截然不同的光生载流子复合方式被发现。如图所示，硫化镉p-n结中存在20ps的载流子缺陷复合过程，而这一过程被氧化锡中只有几个皮秒的超快热电子提取过程所抑制，从而大幅度提升载流子的有效提取效率，为进一步提高硒化碲太阳能电池效率的器件设计提供了重要的研究基础。本工作得到国家自然科学基金（光场调控重大研发计划、面上项目、青年基金项目）、中科院先导专项、上海市学术带头人计划的支持。 硒化碲的时间分辨太赫兹光谱与硒化碲受到光照后热载流子不同的弛豫路径 消息来源：中国科学院上海光学精密机械研究所