1. Nano Energy：21.66％效率！新型空穴傳輸材料用于鈣鈦礦電池
需要開發(fā)比常用的Spiro-OMeTAD更有效的空穴傳輸材料（HTM），用于制造高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)。蘇州大學(xué)王照奎和Zuo-Quan Jiang團(tuán)隊(duì)報(bào)道了兩種新型的HTM，DCZ-OMeTAD和DCZ-OMeTPA。利用低成本DCZ-OMeTPA,DCZ-OMeTAD分別作為HTM，PSC的效率分別為19.81％和21.66％，明顯高于基于Spiro-OMeTAD的器件。與基于Spiro-OMeTAD的器件相比，基于DCZ-OMeTAD的器件表現(xiàn)出最佳的穩(wěn)定性。該研究表明通過用DCZ替代(Spiro的新設(shè)計(jì)概念具有開發(fā)用于高性能PSC的有效HTM的潛力。
Ma, X.-J. et al. Planar starburst hole-transporting materials for highly efficient perovskite solar cells. Nano Energy, 103865, 2019
Doi:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.103865.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519305658
2. 徐保民Nano Energy：超過20%效率！高效穩(wěn)定的倒置鈣鈦礦電池
有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜的表面缺陷和晶界缺陷對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）的效率和穩(wěn)定性都是不利的。此外，空穴傳輸層（HTL）的導(dǎo)電性，功函數(shù)和表面形態(tài)也可顯著影響PSC的性能。南方科技大學(xué)的徐保民團(tuán)隊(duì)首先開發(fā)了一種新的協(xié)同策略，使用多功能EMIC（1-乙基-3-甲基咪唑氯化物）離子液體修飾PEDOT：PSS HTL，從而使得HTL導(dǎo)電性高、功函數(shù)低、表面光滑。此外，開發(fā)了一種替代昂貴的PCBM的新型S-乙酰硫代膽堿氯化物分子，以有效地鈍化混合鈣鈦礦中的負(fù)電荷和正電荷離子缺陷。協(xié)同策略延長(zhǎng)了載流子復(fù)合壽命并降低了電荷陷阱密度。此外，還有效地消除了倒置器件的回滯現(xiàn)象。基于此，器件的效率為20.06％，并且在1 cm2器件的效率為18.77％。與PCBM相比，由S-乙酰硫代膽堿氯化物鈍化的器件也具有改善的環(huán)境穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。
Zhou, X. et al. Synergistic effects of multiple functional ionic liquid-treated PEDOT:PSS and less-ion-defects S-acetylthiocholine chloride-passivated perovskite surface enabling stable and hysteresis-free inverted perovskite solar cells with conversion efficiency over 20%. Nano Energy, 103866, 2019
Doi:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.103866.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551930566X
3. 蘇州大學(xué)Nano Energy：效率超過21％，加合相誘導(dǎo)鈣鈦礦電池的結(jié)晶
有機(jī)-無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于具有功率轉(zhuǎn)換效率高，易于制造等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。混合陽(yáng)離子鈣鈦礦被認(rèn)為是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池最有效的光吸收劑之一，并且器件性能與鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量密切相關(guān)。蘇州大學(xué)Kaimo Deng和Liang Li團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地研究了混合陽(yáng)離子鈣鈦礦前體膜中的加合相對(duì)鈣鈦礦結(jié)晶的影響。 通過溶劑工程調(diào)整加合物相，優(yōu)化了鈣鈦礦薄膜的形態(tài)和光電性能，并且可以實(shí)現(xiàn)功效率超過21％的平面型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。該工作提供了一種控制混合陽(yáng)離子鈣鈦礦薄膜生長(zhǎng)的有效方法，從而提高了器件性能，同時(shí)提高了效率和穩(wěn)定性。
Ma, X.-J. et al. Planar starburst hole-transporting materials for highly efficient perovskite solar cells. Nano Energy, 103865, 2019
Doi:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.103865.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519305671#!
4. 南昌大學(xué)AFM：19.31％效率！防水EVA用于柔性鈣鈦礦電池及模組
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PVSC）是用于實(shí)現(xiàn)具有突出的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）和低成本特性的電源的有前景的光伏技術(shù)。然而，只有在開發(fā)出極其穩(wěn)定的器件結(jié)構(gòu)時(shí)才能使非凡的光伏性能最大化。南昌大學(xué)陳義旺和LichengTan等人引入了一種新型的EVA界面層，以制造具有優(yōu)異防水性和柔韌性的高效穩(wěn)定的PVSC。這種策略可以有效地鈍化鈣鈦礦表面、降低缺陷密度、并平衡電荷轉(zhuǎn)移。基于此， 0.1 cm2器件的最高效率為19.31％，25 cm2模組為11.73％。EVA阻止了水分滲透，提高器件的防水性，從而有助于改善PVSC的穩(wěn)定性。經(jīng)EVA處理的P柔性器件（0.1 cm2）的效率為15.12％，柔性模組（25 cm2）的效率為8.95％，并且在5000次彎曲循環(huán)后，仍保留超過85％初始效率。
Huang, Z., Hu, X., Liu, C., Meng, X., Huang, Z., Yang, J., Duan, X., Long, J., Zhao, Z., Tan, L., Song, Y., Chen, Y., Water‐Resistant and Flexible Perovskite Solar Cells via a Glued Interfacial Layer. Adv. Funct. Mater. 2019, 1902629.
https://doi.org/10.1002/adfm.201902629
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201902629
5. MIT最新Nature：并四苯中的單線態(tài)激子裂變?cè)黾庸璧拿艋?/span>
硅主導(dǎo)了當(dāng)代太陽(yáng)能電池技術(shù)。但是當(dāng)吸收光子時(shí)，硅（像其他半導(dǎo)體一樣）會(huì)浪費(fèi)超過其帶隙的能量。通過使用單線態(tài)激子裂變使硅太陽(yáng)能電池敏化，可以減少這些熱化損失并實(shí)現(xiàn)對(duì)光的更好的靈敏度，其中從具有單線自旋特性的更高能量的光激發(fā)態(tài)產(chǎn)生具有三重自旋特性（三重態(tài)激子）的兩個(gè)激發(fā)態(tài)（單線激子）。已知分子半導(dǎo)體并四苯中的單線態(tài)激子裂變產(chǎn)生三能級(jí)激子，其在能帶上與硅帶隙相匹配。當(dāng)三重態(tài)激子轉(zhuǎn)移到硅時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生額外的電子-空穴對(duì)，有望將電池效率從單結(jié)限制提高29％到高達(dá)35％。麻省理工學(xué)院Marc A. Baldo團(tuán)隊(duì)將硅太陽(yáng)能電池表面的氧化鉿保護(hù)層的厚度減小到僅僅8埃，使用電場(chǎng)效應(yīng)鈍化來(lái)實(shí)現(xiàn)在并四苯中形成的三重態(tài)激子的有效能量轉(zhuǎn)移。并四苯的裂變和向硅轉(zhuǎn)移的能量的最大總產(chǎn)率約為133％，這確定了單線態(tài)激子裂變的潛力，以提高硅太陽(yáng)能電池的效率并降低它們產(chǎn)生的能量成本。
Einzinger, M. et al. Sensitization of silicon by singlet exciton fission in tetracene. Nature 571, 90-94, 2019
Doi:10.1038/s41586-019-1339-4 (2019).
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1339-4
6. Nature Commun.：記錄效率超過10%！大面積柔性CZTSSe薄膜電池最高值
對(duì)于進(jìn)入市場(chǎng)的銅鋅錫硫化物/硒化物（CZTSSe）太陽(yáng)能電池，除了提高效率外，生產(chǎn)具有均勻性能的柔性和大面積模塊的技術(shù)能力是必要的。韓國(guó)的大邱慶北科學(xué)技術(shù)院的Jin-Kyu Kang和Kee-Jeong Yang報(bào)道了認(rèn)證的柔性CZTSSe太陽(yáng)能電池。0.5 cm2的電池面積的效率大于10％，2 cm2的面積的效率大于8％。通過設(shè)計(jì)薄且多層的前體結(jié)構(gòu)，控制缺陷和缺陷簇的形成，特別是錫相關(guān)的施主缺陷，并且提高了開路電壓。使用統(tǒng)計(jì)分析，驗(yàn)證了電池間和電池內(nèi)均勻性特征得到了改善。該研究報(bào)告了迄今為止具有小面積和大面積的柔性CZTSSe太陽(yáng)能電池的最高效率。該研究還提供了提高效率和擴(kuò)大電池面積的方法。
Yang, K.-J. et al. Flexible Cu2ZnSn(S,Se)4 solar cells with over 10% efficiency and methods of enlarging the cell area. Nat. Commun. 10, 2959,
Doi:10.1038/s41467-019-10890-x (2019).
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10890-x
7. Joule：半透明的一大步，25 cm2！效率超過10%的柔性鈣鈦礦電池
輕巧且機(jī)械靈活的光伏器件可實(shí)現(xiàn)卷對(duì)卷處理，從而提高其低成本大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。然而，相對(duì)于在剛性基底上制備的太陽(yáng)能電池，缺乏高導(dǎo)電性和透明的柔性電極仍導(dǎo)致效率降低。化學(xué)所的宋延林，南昌大學(xué)的陳義旺和西安交通大學(xué)的Wei Ma團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種電極來(lái)提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能，即通過使用含氟表面活性劑摻雜劑調(diào)節(jié)導(dǎo)電聚合物網(wǎng)絡(luò)的相分離。該網(wǎng)絡(luò)電極具有高導(dǎo)電率（> 4,000 S/cm）、改善的透射率（從400到900 nm的80％以上）和高機(jī)械耐久性。基于該電極的PSC在0.1 cm2和25 cm2的面積下，分別實(shí)現(xiàn)19.0％和10.9％的效率，這與剛性基底的效率相當(dāng)。該電極進(jìn)一步顯示出作為半透明PSC中的頂部電極的前景，其在30.6％的平均可見光透射率下顯示出12.5％的穩(wěn)定效率。病都表現(xiàn)出較強(qiáng)的機(jī)械穩(wěn)定性。在曲率半徑為3 mm的5,000次彎曲循環(huán)之后，25 cm2的器件保持80％，0.1cm2的器件保持85％，半透明器件仍保持90％的初始效率。
A Mechanically Robust Conducting Polymer Network Electrode for Efficient Flexible Perovskite Solar Cells
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119302995
8. 宋延林&邢貴川AM：17.39%記錄效率！低維鈣鈦礦電池
低維Ruddlesden-Popper（LDRP）鈣鈦礦是太陽(yáng)能研究的當(dāng)前研究熱點(diǎn)，因?yàn)檠芯咳藛T試圖從中制造穩(wěn)定的光伏器件。然而，較差的激子解離和不充分快速的電荷轉(zhuǎn)移減慢了器件中的電荷提取，導(dǎo)致性能較差。宋延林聯(lián)合邢貴川團(tuán)隊(duì)采用1,4-丁二胺（BEA）制備的低維鈣鈦礦，提高電荷的提取效率。研究表明，這些層狀鈣鈦礦是通過層間空間（B-ACI）中的二銨（BEA2+）和單銨（MA +）陽(yáng)離子的交替排序形成的，具有式（BEA）0.5MAnPbnI3n+1。與典型的LDRP對(duì)應(yīng)物相比，這些B-ACI鈣鈦礦具有更寬的光吸收窗口和更低的激子結(jié)合能，具有更穩(wěn)定的層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。此外，超快瞬態(tài)吸收表明B-ACI鈣鈦礦表現(xiàn)出窄的量子阱寬度分布，產(chǎn)生無(wú)障礙和平衡的載流子傳輸路徑，增強(qiáng)的載流子擴(kuò)散（電子和空穴）長(zhǎng)度超過350 nm。結(jié)合BEA配體的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池對(duì)于（BEA）0.5MA3Pb3I10實(shí)現(xiàn)了14.86％的記錄效率，對(duì)于（BEA）0.5Cs0.15（FA0.83MA0.17）2.85Pb3（I0.83Br0.17）10實(shí)現(xiàn)了17.39％的記錄效率，且無(wú)回滯。此外，在儲(chǔ)存2400 h后，三陽(yáng)離子B-ACI器件可以保持其初始效率的90％以上，并且在光照下超過500h沒有明顯地降解。
Li, P., Liang, C., Liu, X.‐L., Li, F., Zhang, Y., Liu, X.‐T., Gu, H., Hu, X., Xing, G., Tao, X., Song, Y., Low‐Dimensional Perovskites with Diammonium and Monoammonium Alternant Cations for High‐Performance Photovoltaics. Adv. Mater. 2019, 1901966.
https://doi.org/10.1002/adma.201901966
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901966
9. 意大利ACS Energy Lett.：超過100 cm2，15.3%效率的鈣鈦礦模組
羅馬第二大學(xué) Aldo Di Carlo和意大利理工學(xué)院Francesco Bonaccorso團(tuán)隊(duì)通過n-i-p結(jié)構(gòu)的界面工程證明了二維（2D）材料，即石墨烯和功能化MoS2在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）中的應(yīng)用。與標(biāo)準(zhǔn)器件相比，2D材料的使用具有雙重作用，以改善PSC的穩(wěn)定性和效率。二維材料的應(yīng)用成功地?cái)U(kuò)展到大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池組件（PSM），在108 cm2和82 cm2的有效面積上分別達(dá)到13.4％和15.3％的效率。此外，基于2D材料的PSM在65°C（ISOS-D2）的長(zhǎng)時(shí)間（>1000 h）熱應(yīng)力測(cè)試下顯示出穩(wěn)定性，這代表了鈣鈦礦光伏技術(shù)邁出了重要一步。
Agresti, A. et al. Two-dimensional (2D) Material Interface Engineering for Efficient Perovskite Large-area Modules. ACS Energy Letters, 2019
Doi:10.1021/acsenergylett.9b01151.
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01151
10. ACS Energy Lett.：1D/3D結(jié)構(gòu)，助力高效穩(wěn)定鈣鈦礦電池
西安交通大學(xué)楊冠軍和美國(guó)西北大學(xué) Mercouri G. Kanatzidis團(tuán)隊(duì)通過使用寬帶隙1D碘化鉛鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的外延層來(lái)解決穩(wěn)定性的問題。基于短的有機(jī)陽(yáng)離子即噻唑銨（TA），形成的1D覆蓋層用于鈍化三維（3D）鈣鈦礦薄膜，促進(jìn)電荷傳輸，改善載流子壽命，并防止3D（MA，F(xiàn)A）PbI3薄膜的碘離子遷移。相比基于3D的器件，1D-3D器件實(shí)現(xiàn)了較高的效率和更好的環(huán)境穩(wěn)定性，獲得了18.97％的效率，同時(shí)在環(huán)境條件下在空氣中兩個(gè)月，保持92％的初始效率。結(jié)果表明，利用1D鈣鈦礦可以有效地改善3D鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件性能。
Gao, L. et al. Improved Environmental Stability and Solar Cell Efficiency of (MA,FA)PbI3 Perovskite Using a Wide Bandgap 1D Thiazolium Lead Iodide Capping Layer Strategy. ACS Energy Letters, 2019
Doi:10.1021/acsenergylett.9b00930.
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b00930
11. 黃勁松AM：升高的器件溫度和過量載流子對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池快速光誘導(dǎo)降解
隨著功率轉(zhuǎn)換效率現(xiàn)在達(dá)到24.2％，限制使用鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）的高效發(fā)電的主要因素是它們的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。特別是，PSC已經(jīng)證明在光照下快速降解，其驅(qū)動(dòng)機(jī)制尚待理解。近日，北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校黃勁松研究團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明，由于恒定照射，升高的器件溫度與過量的電荷載流子相結(jié)合是在照射下封裝的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池快速降解的主要力量。將器件冷卻至20°C并在最大功率點(diǎn)下工作，與在60°C的開路條件下工作相比，CH3NH3PbI3太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性提高了100倍以上。在CH3NH3PbI3中也觀察到源自光熱誘導(dǎo)的擴(kuò)增的光誘導(dǎo)的應(yīng)變，其排除了其他光誘導(dǎo)應(yīng)變機(jī)制。然而，在照射下CH3NH3PbI3太陽(yáng)能電池的初始快速降解中，應(yīng)變和電場(chǎng)似乎不起任何作用。結(jié)果表明，升高的溫度和過量的電荷載體促進(jìn)PSC中額外的重組中心的形成最終導(dǎo)致快速的光誘導(dǎo)降解。還給出了測(cè)量PSC穩(wěn)定性的最佳方法指南。
Chen, B. Huang, J. et al. Synergistic Effect of Elevated Device Temperature and Excess Charge Carriers on the Rapid Light‐Induced Degradation of Perovskite Solar Cells. AM 2019.
DOI:10.1002/adma.201902413
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201902413
12. Michael Gr?tzel最新Nature Commun.：銨鹽的原子級(jí)鈍化助力高效鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
近年來(lái)，高轉(zhuǎn)換效率使金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池成為薄膜光伏技術(shù)的真正突破。近日，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Michael Gr?tzel、Lyndon Emsley以及Fabrizio Giordano通過用不同類型的銨鹽（即乙基銨，咪唑鎓和碘化胍）處理鈣鈦礦表面，降低鈣鈦礦薄膜和空穴傳輸層之間界面處存在的電子缺陷。研究人員使用三陽(yáng)離子鈣鈦礦，主要含有甲脒和少量的銫和甲基銨。研究發(fā)現(xiàn)，這種處理將功率轉(zhuǎn)換效率從對(duì)照組的20.5％提高到分別用乙基銨，咪唑鎓和碘化胍處理的器件的22.3％，22.1％和21.0％。性能最佳的器件在全日照強(qiáng)度下的效率損失僅為5％，最大功率跟蹤為550小時(shí)。
Alharbi, E. A. Emsley, L. Giordano, F. Gr?tzel, M. et al. Atomic-level passivation mechanism of ammonium salts enabling highly efficient perovskite solar cells. Nat. Commun. 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-10985-5
