1. 王鵬ACS Energy Lett.：22%效率！新型空穴傳輸層提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能
改善空穴傳輸分子半導(dǎo)體的遷移率，尤其是熱穩(wěn)定性，是提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）的效率（PCE）和工作耐久性的一種可行的策略。浙江大學(xué)王鵬團(tuán)隊(duì)合成了一種DBC-OMeDPA半導(dǎo)體。與現(xiàn)有的Spiro-OMeTAD相比，DBC-OMeDPA具有更高的空穴遷移率。
研究結(jié)果揭示了其三維分子堆積和多向空穴傳輸性質(zhì)，并闡明了空穴傳輸過程的微觀機(jī)理。以DBC-OMeDPA作為空穴傳輸體的PSC獲得了22％的更好PCE，穩(wěn)定性也大大提高。
A Double Helicene Based Hole-Transporter for Perovskite Solar Cells with 22% Efficiency and Operation Durability，ACS Energy Lett.2019
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01949
2. Snaith最新ACS Energy Lett.：雙源共蒸制備高效FACsSnPbI3鈣鈦礦電池
鈣鈦礦鹵化物非常適合與單片多結(jié)光伏電池，有望實(shí)現(xiàn)低成本的太陽(yáng)能到電能的轉(zhuǎn)換。對(duì)于全鈣鈦礦多結(jié)制造而言，至關(guān)重要的是沉積低帶隙吸收層而不會(huì)損壞其他器件層。因此，氣相沉積是一種有吸引力的方法，不需要光學(xué)損耗的保護(hù)性界面層，但是對(duì)于多組分鈣鈦礦來說卻是一個(gè)挑戰(zhàn)。
Henry J. Snaith團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種雙源共蒸發(fā)低帶隙鈣鈦礦薄膜和器件的方法。使用由金屬鹵化物熔融形成的混合物作為Cs，Pb和Sn陽(yáng)離子的單坩堝源。當(dāng)該熔體與FAI共蒸發(fā)時(shí)，形成了FA1-xCsxSn1-yPbyI3族均勻而致密的鈣鈦礦薄膜。熔體中包含SnF2有助于調(diào)節(jié)鈣鈦礦的光電性質(zhì)，從而使太陽(yáng)能電池的穩(wěn)態(tài)效率達(dá)到10％。這代表了蒸發(fā)鈣鈦礦合金的新加工范例，這是邁向全鈣鈦礦多結(jié)光伏技術(shù)的重要一步。
Dual-source Co-evaporation of Low-bandgap FA1-xCsxSn1-yPbyI3 Perovskites for Photovoltaics，ACS Energy Lett.2019
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01855
3. 新南威爾士大學(xué)ACS Energy Lett.：23.1％效率的鈣鈦礦-硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池
當(dāng)鈣鈦礦電池是硅基串聯(lián)電池的頂層電池時(shí)，鈣鈦礦電池中的載流子傳輸層的紫外線誘導(dǎo)降解和寄生紫外線（UV）吸收會(huì)阻礙穩(wěn)定性和電性能。新南威爾士大學(xué)的鄭將輝和Anita W. Y. Ho-Baillie團(tuán)隊(duì)通過在整體鈣鈦礦/硅串聯(lián)電池的正面應(yīng)用結(jié)構(gòu)化的聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜解決了這些問題，該膜結(jié)合了下轉(zhuǎn)換材料（Ba，Sr）2SiO4：Eu2+微米熒光粉。該膜具有多種用途：對(duì)頂部電池進(jìn)行減反射控制，將硅電池中的光捕獲，以及吸收紫外線并以高量子產(chǎn)率重新發(fā)射綠光。
當(dāng)將其應(yīng)用于4 cm2的單結(jié)鈣鈦礦硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池上時(shí)，功率轉(zhuǎn)換效率從20.1％（無防反射膜的基線器件）提高到22.3％（有防反射膜但無熒光體的器件）和23.1％（具有向下移動(dòng)的并入磷光體的減反射膜的裝置）。迄今為止，冠軍設(shè)備實(shí)現(xiàn)了23.0％的穩(wěn)態(tài)效率和81％的高填充因子，這是迄今為止使用同質(zhì)結(jié)硅底部電池的整體鈣鈦礦/硅串聯(lián)的最高值。而且，連續(xù)的紫外線照射試驗(yàn)的結(jié)果表明，該復(fù)合降檔抗反射膜大大增強(qiáng)了串聯(lián)裝置的紫外線穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作展示了一種優(yōu)雅的方法，可以提高大面積鈣鈦礦/硅鞣皮的效率和穩(wěn)定性。
Large-Area 23%-Efficient Monolithic Perovskite/Homojunction-Silicon Tandem Solar Cell with Enhanced UV Stability Using Down-Shifting Material，ACS Energy Lett.2019
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01783
4. 鄒應(yīng)萍&顏河Joule: 16.74％創(chuàng)紀(jì)錄效率！高效有機(jī)太陽(yáng)能電池
中南大學(xué)鄒應(yīng)萍和香港科技大學(xué)顏河團(tuán)隊(duì)報(bào)告了名為Y6的高效（15.7％）小分子受體（SMA）之后，有機(jī)太陽(yáng)能電池領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。設(shè)計(jì)并合成了具有與Y6相同的芳族主鏈但具有不同烷基鏈的SMA系列，以研究烷基鏈對(duì)SMA的性能和性能的影響。
首先，研究表明在Y6的吡咯基序的氮原子上使用支鏈烷基鏈?zhǔn)怯幸娴摹Ａ硗猓榛湹闹Щ恢靡矊?duì)材料和器件性能有重要影響。具有第三位支鏈烷基鏈的SMA（命名為N3）表現(xiàn)出最佳的溶解度以及電子和形態(tài)學(xué)特性，因此產(chǎn)生了最佳性能。 使用三元策略對(duì)器件進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)了16.74％的高效率（以及16.42％的認(rèn)證效率），這是目前有報(bào)道的最高國(guó)際認(rèn)證單節(jié)光伏能量轉(zhuǎn)換效率。
Alkyl Chain Tuning of Small Molecule Acceptors for Efficient Organic Solar Cells, Joule
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119304702
5. Kanatzidis&吳朝新Joule: 9.61％效率！高效、自修復(fù)FASnI3太陽(yáng)能電池
在基于Sn的鈣鈦礦薄膜中引入大體積胺（LVA）是可以在無鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）中提高器件的效率（PCE）。然而，迄今為止采用的LVA（例如，苯乙銨和丁銨）是絕緣的，并且可能阻礙鈣鈦礦膜內(nèi)的電荷提取。吳朝新和Mercouri G.Kanatzidis團(tuán)隊(duì)將共軛的LVA，3-苯基-2-丙烯-1-胺（PPA）引入到碘化錫甲酸銨（FASnI3）鈣鈦礦中。
結(jié)果表明，PPA的摻入會(huì)使得晶粒尺寸增大，陷阱密度降低，擇優(yōu)取向，有效電荷提取以及FASnI3薄膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提高。最終，器件效率可達(dá)9.61％，并且具有出色的穩(wěn)定性。此外，PPA的存在可實(shí)現(xiàn)PSC的自修復(fù)作用。最重要的是，大面積（1×1 cm2）錫基PSC的效率為7.08％。
Conjugated Organic Cations Enable Efficient Self-Healing FASnI3 Solar Cells，Joule
https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.08.023
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S254243511930426X
6. 陳棋&李耀文Nat. Commun.: 21.1％效率！高性能倒置結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
陳棋和李耀文團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，帶電表面缺陷在鈍化后可以是良性的，并可以進(jìn)一步用于界面能帶結(jié)構(gòu)的重構(gòu)。基于帶相反電荷的離子之間的靜電相互作用，碘離子電離后具有路易斯酸特征的富勒烯骨架（PCBB-3N-3I）不僅可以有效地鈍化帶正電的表面缺陷，而且可以在鈣鈦礦活性層的頂部以優(yōu)選的方向組裝。
因此，具有強(qiáng)分子電偶極子的PCBB-3N-3I形成偶極子夾層，以重構(gòu)界面能帶結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)了內(nèi)置電勢(shì)和電荷收集。倒置結(jié)構(gòu)的平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池展現(xiàn)出21.1％的效率和優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性。
Reconfiguration of interfacial energy band structure for high-performance inverted structure perovskite solar cells
Nature Communications, (2019)
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12613-8
7. Michael Gr?tzel最新JACS: 揭示5- AVAI穩(wěn)定α-FAPbI3的內(nèi)在機(jī)制
無機(jī)-有機(jī)雜化鈣鈦礦的化學(xué)摻雜是改善鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）性能和操作穩(wěn)定性的有效方法。瑞士洛桑理工學(xué)院Michael Gr?tzel，Lyndon Emsley和 Dominik J. Kubick團(tuán)隊(duì)使用5-銨戊酸（AVAI）來化學(xué)穩(wěn)定α-FAPbI3的結(jié)構(gòu)。
使用固態(tài)核磁證明了分子調(diào)節(jié)劑與鈣鈦礦晶格之間的原子級(jí)相互作用，并通過DFT計(jì)算進(jìn)一步提出了穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)模型。研究發(fā)現(xiàn)，在存在AVAI的情況下鈣鈦礦的一步沉積可產(chǎn)生微米級(jí)晶粒和增強(qiáng)的載流子壽命的高結(jié)晶膜。因此，基于5-AVA的太陽(yáng)能電池的效率（PCE）為18.94％。在連續(xù)工作條件下，器件在300小時(shí)后仍保持90％的初始效率。
Atomic-Level Microstructure of Efficient Formamidinium-Based Perovskite Solar Cells Stabilized by 5-Ammonium Valeric Acid Iodide Revealed by Multi-Nuclear and Two-Dimensional Solid-State NMR，J. Am. Chem. Soc. 2019
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07381
8. EES: 16.52％效率！溶液制備的n摻雜含石墨烯的有機(jī)太陽(yáng)能電池
界面工程是實(shí)現(xiàn)有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSC）的高性能的非常關(guān)鍵的因素。貴州理工學(xué)院Menglan Lv和中科院化學(xué)所李永舫院士團(tuán)隊(duì)通過將石墨烯添加到經(jīng)典材料PDINO中，為OSC開發(fā)了可溶液處理的n摻雜石墨烯陰極界面材料（CIM）PDINO-G。 n摻雜的PDINO-GCIM具有增加的電導(dǎo)率，較低的功函，減少的電荷復(fù)合并提高了電荷提取率。
在此之前，n摻雜石墨烯僅在化學(xué)氣相沉積（CVD）的石墨烯表面上制備石墨烯薄膜，無溶液可加工性。基于PM6：Y6和PDINO-G CIM的OSC顯示出16.52％的高效率（平均PCE為（16.3±0.2）％。結(jié)果表明，n摻雜的PDINO-G是一種優(yōu)異的OSC的CIM。
Solution-processable n-doped graphene-containing cathode interfacial
materials for high performance organic solar cells, Energy Environ. Sci., 2019,
DOI:10.1039/C9EE02433F.
9. EES: 23.26％的認(rèn)證效率！鈣鈦礦-CIGSe疊層太陽(yáng)能電池
德國(guó)亥姆霍茲柏林鈣鈦礦疊層器件研究中心Amran Al-Ashouri，Artiom Magomedov和 Steve Albrecht等人在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）中引入了兩個(gè)新的空穴選擇觸點(diǎn)界面的分子。這些分子基于具有膦酸錨定基團(tuán)的咔唑基團(tuán)，并且可以在各種氧化物上形成自組裝單層（SAMs）。除了最小的材料消耗和寄生吸收，自組裝過程還可以通過簡(jiǎn)單的過程控制來保形覆蓋任意形成的氧化物表面。
SAM設(shè)計(jì)為在鈣鈦礦吸收體上形成能量匹配的界面，而不會(huì)產(chǎn)生非輻射損耗。PSC的效率高達(dá)21.1％。此外，制備了單結(jié)CIGSe/鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池。保形覆蓋允許實(shí)現(xiàn)其沉積在粗糙的CIGSe表面。在1 cm2的有效面積上具有23.26％的認(rèn)證效率。 SAM的簡(jiǎn)單性和多樣化的基底兼容性可能有助于進(jìn)一步將鈣鈦礦光伏技術(shù)發(fā)展為低成本，廣泛采用的太陽(yáng)能技術(shù)。
Conformal monolayer contacts with lossless interfaces for perovskite single junction and monolithic tandem solar cells，Energy Environ. Sci., 2019
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee02268f#!divAbstract
10. 加州大學(xué)圣巴巴拉分校AM: 15%! 高效單結(jié)體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽(yáng)能電池
高效的單結(jié)體異質(zhì)結(jié)（ BHJ）PM6：Y6系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高開路電壓（VOC），同時(shí)保持出色的填充因數(shù)（FF）和短路電流（JSC）值。加州大學(xué)圣巴巴拉分校G. N. Manjunatha Reddy、Thuc‐Quyen Nguyen 研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)具有低的能量偏移的共混體系表現(xiàn)出輻射和非輻射重組損失，這是文獻(xiàn)中報(bào)道的較低值。重組和萃取動(dòng)力學(xué)研究表明，該器件在整個(gè)相關(guān)操作條件下均表現(xiàn)出中等程度的非雙鏈重組以及出色的萃取效果。
表面和本體表征技術(shù)可用于了解相分離，遠(yuǎn)距離有序性以及原子級(jí)分辨率下的供體：受體（D：A）分子間和分子內(nèi)相互作用。這是通過使用光電導(dǎo)原子力顯微鏡，掠入射寬角X射線散射和固態(tài)19F魔角旋轉(zhuǎn)NMR光譜儀實(shí)現(xiàn)的。多方面表征與設(shè)備物理的協(xié)同作用，首次揭示了關(guān)于這種高性能BHJ共混物的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系的關(guān)鍵見解。有關(guān)原子解析D：A相互作用和堆積的詳細(xì)信息表明，這種混合物中超過15％的高效效率可歸因于有益的形態(tài)，盡管能量偏移低，該形態(tài)仍可保留高JSC和FF。
Karki, A. Manjunatha Reddy, G. N. Nguyen, T.-Q. et al. Understanding the High Performance of over 15% Efficiency in Single‐Junction Bulk Heterojunction Organic Solar Cells. AM 2019.
DOI: 10.1002/adma.201903868
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903868
11. 麻省理工AFM: 新型空穴傳輸層（PDTITT）助力高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
穩(wěn)定性是有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）的主要挑戰(zhàn)。尋找低成本且穩(wěn)定的空穴傳輸層（HTL）是解決此問題的有效策略。近日，麻省理工Mohammad Mahdi Tavakoli、 Jing Kong合成了一種新的供體聚合物，poly(5,5‐didecyl‐5H‐1,8‐dithia‐as‐indacenone‐alt‐thieno[3,2‐b]thiophene) （PDTITT），并用作HTL，它相對(duì)于雙-A陽(yáng)離子鈣鈦礦薄膜具有合適的能帶排列。使用PDTITT，與常用的HTL（spiro‐OMeTAD）相比，PSC中的空穴提取得到了極大的改善，解決了滯后問題。
經(jīng)過優(yōu)化，基于PDTITT HTL的最大功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）為18.42％，與基于Spiro-OMeTAD的PSC（19.21％）相當(dāng)。然而，基于PDTITT HTL的PSC的操作穩(wěn)定性得到了顯著改善。在光照下200小時(shí)后，基于PDTITT的器件保留其初始PCE值的88％，而Spiro-OMeTAD基器件僅有54％。
Tavakoli, M. M. Kong, J. et al. Efficient and Stable Mesoscopic Perovskite Solar Cells Using PDTITT as a New Hole Transporting Layer. AFM 2019.
DOI:10.1002/adfm.201905887
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201905887
12. 西北大學(xué)(美) ACS Energy Lett.: 有機(jī)太陽(yáng)能電池的進(jìn)展和挑戰(zhàn)
有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSC）具有低成本，輕巧，易于加工且對(duì)環(huán)境的影響小等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是替代無機(jī)太陽(yáng)能電池的候選者。 OSC的相對(duì)較低的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）和相對(duì)較短的器件壽命成為商用OSC的挑戰(zhàn)。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）的出現(xiàn)改變了光伏研究領(lǐng)域，一些OSC研究小組已經(jīng)將研究方向轉(zhuǎn)移到完全專注于PSC。
這種趨勢(shì)已在許多會(huì)議中得到反映，有關(guān)PSC的報(bào)告數(shù)量在增加，而有關(guān)OSC的報(bào)告數(shù)量卻在減少。但是，根據(jù)Web of Science的數(shù)據(jù)，在過去五年中，OSC和PSC的出版物數(shù)量分別約為19 000和11 000。實(shí)際上，OSC研究在克服PCE低和器件壽命低的問題取得了重大突破和進(jìn)展。
Lin X. Chen. Organic Solar Cells: Recent Progress and Challenges. ACS Energy Lett.2019.
DOI:10.1021/acsenergylett.9b02071
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsenergylett.9b02071
13. AM: 高效穩(wěn)定0D / 3D異質(zhì)結(jié)構(gòu)全無機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
盡管有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PVSC）在器件效率方面取得了顯著的提高，但其長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍是商業(yè)化的主要問題。為解決此問題，大量的研究工作致力于通過使用基于銫（Cs）的鈣鈦礦材料（例如α-CsPbI3）來開發(fā)全無機(jī)PVSC。但是，黑相CsPbI3（立方α-CsPbI3和斜方晶系γ-CsPbI3相）在室溫下不穩(wěn)定，并且傾向于轉(zhuǎn)變?yōu)榉氢}鈦礦δ-CsPbI3相。
近日，香港城市大學(xué)Alex K.‐Y. Jen、Zonglong Zhu、He Yan通過一種簡(jiǎn)單而有效的方法來制備穩(wěn)定的黑相CsPbI3，即調(diào)整CsI和PbI之間的前驅(qū)體的化學(xué)計(jì)量形成包含0D Cs4PbI6和γ-CsPbI3的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的全無機(jī)PVSC，具有16.39％的高功率轉(zhuǎn)換效率。這項(xiàng)工作為開發(fā)高性能和穩(wěn)定的全無機(jī)PVSC提供了新的思路。
Bai, F. Jen, A. K.‐Y. Zhu, Z. Yan, Z. et al. A 0D/3D Heterostructured All-Inorganic Halide Perovskite Solar Cell with High Performance and Enhanced Phase Stability. AM 2019.
DOI:10.1002/adma.201904735
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201904735
