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太陽能電池前沿每周精選丨1118-1124

納米人納米人 2019-11-28

1. Nature Reviews Materials: 減少鈣鈦礦太陽能電池的非輻射復合損耗

在過去的十年中，基于金屬鹵化物鈣鈦礦的光伏太陽能電池因其潛在的低生產成本，豐富的地球原材料，易于制造以及不斷提高的功率轉換效率（高達25.2％）而備受關注。這種類型的太陽能電池有望在2035年之前以比傳統化石燃料更具競爭力的單價發電。盡管如此，由于存在非輻射重組損失，最佳的研究電池效率仍低于Shockley-Queisser理論定義的理論極限。

北京大學朱瑞聯合薩里大學Wei Zhang團隊分析了鈣鈦礦太陽能電池中導致非輻射重組損失的主要途徑，并評估了它們對器件性能的影響。然后，作者討論了如何通過可靠的表征技術估算非輻射重組損失，并重點介紹了減輕這些損失的一些顯著進展。最后，作者概述了將鈣鈦礦太陽能電池的效率提高到輻射極限的未來工作的方向。

Minimizing non-radiative recombination losses in perovskite solar cells. Nature Reviews Materials 2019.

DOI:10.1038/s41578-019-0151-y.

https://www.nature.com/articles/s41578-019-0151-y.pdf

2. Park最新AEM: 穩定鈣鈦礦太陽能電池的化學方法

化學鍵不僅決定材料的光電性能，而且決定材料的固有和非固有穩定性。成均館大學Jin-Wook Lee 和Nam-Gyu Park團隊基于鈣鈦礦材料與鈣鈦礦材料獨特的化學鍵合性質之間的相關性，回顧了鈣鈦礦材料固有和外部不穩定性的原因。國際電工委員會針對商業化的光伏模塊建立了許多關鍵的標準化穩定性測試。

基于這些程序，可以確定在測試程序過程中可能出現的材料降解的可能原因和相關機理，并就其化學鍵進行了討論。基于對關鍵原因的理解，作者總結了緩解潛在原因以增強鈣鈦礦太陽能電池穩定性的策略。最先進的鈣鈦礦太陽能電池的穩定性意味著需要開發改進的穩定性測試協議，以進入商業化的下一階段。

Chemical Approaches for Stabilizing Perovskite Solar Cells. AEM 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201903249.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201903249

3. AMI: 交聯中間層助力高效CuSCN基鈣鈦礦太陽能電池

由于傳統PSC設計的缺點，鈣鈦礦太陽能電池（PSC）中的無機空穴傳輸層（HTL）的研究引起了人們的關注，在傳統的PSC設計中，帶有鹽摻雜劑的有機HTL主要參與了降解機理。另一方面，無機HTL保證了更好的穩定性，同時在沉積和界面控制方面難以實現高性能器件。首爾國立大學Byungwoo Park團隊證明PDMS作為一種理想的聚合物中間層，可防止界面降解，并通過其交聯行為提高基于CuSCN的PSC的光伏性能和穩定性。

PDMS的這種新型交聯中間層增強了界面處的空穴傳輸性能并鈍化了界面缺陷，從而實現了功率轉換效率超過19％的PSC。此外，PDMS中間層的利用通過減輕界面缺陷和相互擴散，大大提高了太陽能電池抗濕熱的穩定性。在環境條件下1000小時（未封裝）和在85°C / 85％相對濕度（封裝）下500小時之后，基于PDMS的PSC保留了超過90％的初始效率。

Interfacial Modification and Defect Passivation by Crosslinking Interlayer for Efficient and Stable CuSCN-Based Perovskite Solar Cell. AMI 2019.

DOI: 10.1021/acsami.9b16194

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.9b16194

4. 黃勁松AEM：15.86%！柔性鈣鈦礦太陽能模組的記錄性效率

鈣鈦礦材料因其強大的吸光能力和低溫處理能力而成為柔性光伏應用的良好選擇，但尚未實現高效的柔性鈣鈦礦組件。北卡羅萊納大學教堂山分校黃勁松團隊通過使用添加劑工程在康寧Willow玻璃上刮涂高質量的鈣鈦礦薄膜，實現了柔性鈣鈦礦太陽能模組的記錄性效率。研究人員將氯化銨（NH₄Cl）添加到鈣鈦礦前體溶液中以阻止形核，從而防止在鈣鈦礦和玻璃的界面處形成空隙。

NH₄Cl的添加還抑制了PbI ₂的形成并降低了鈣鈦礦膜中的陷阱密度。最后，研究人員在小面積單結柔性鈣鈦礦太陽能器件取得19.72%的效率；在面積為42.9 cm²的模組上，孔徑效率達到了創紀錄的15.86％。這項工作為擴展適用于各種應用的高效柔性鈣鈦礦模組提供了一種簡單的方法。

Scalable Fabrication of Efficient Perovskite Solar Modules on Flexible Glass Substrates. AEM 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201903

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/aenm.201903108

5. AFM綜述：果斷收藏！單晶鈣鈦礦太陽能電池的發展和前景

得益于金屬鹵化物鈣鈦礦材料的優異性能，鈣鈦礦太陽能電池的效率在過去10年中已提高到25.2％的認證值。與被廣泛研究的多晶薄膜相比，無晶界的單晶鈣鈦礦具有更好的光電性能，具有更高效率和穩定性的光伏潛力。此外，單晶鈣鈦礦太陽能電池是一種出色的模型系統，可用于進一步研究與鈣鈦礦材料的表面和晶界相關的工作原理。不幸的是，只有少數幾個小組參與了單晶鈣鈦礦太陽能電池的開發。因此，該區域的發展遠遠落后于其多晶對應區域。因此，迫切需要一篇討論單晶鈣鈦礦太陽能電池的最新發展和挑戰的綜述論文，以為這一新興領域提供指導。

山東大學的陳召來團隊綜述了單晶鈣鈦礦的最新發展。研究人員比較了單晶鈣鈦礦薄膜和多晶鈣鈦礦薄膜的光學和電學性能，然后對單晶鈣鈦礦薄膜的生長和該材料在光伏領域的應用進行了最新研究。最后，詳細討論了單晶鈣鈦礦太陽能電池的挑戰和前景。

Single Crystal Perovskite Solar Cells: Development and Perspectives. AFM 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201905021

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201905021

6. ACS Energy Lett.：NiOx/Spiro雙空穴傳輸層實現高效穩定的鈣鈦礦電池

空穴傳輸層（HTL）在鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的效率和穩定性中起著至關重要的作用。基于spiro-OMeTAD (Spiro)的高效PSC通常存在穩定性較差的問題。 南開大學張曉丹團隊報道了一種基于雙空穴傳輸層NiO_x/Spiro HTL的PSC，結合了這兩種薄膜的優點。

結果表明，與純Spiro器件相比，基于NiO_x/Spiro HTL的器件具有更快的空穴提取能力和更好的能帶匹配，從而將PCE從19.4％提高到21.66％。此外，基于NiO_x/Spiro HTL的器件具有更高的穩定性，在1200小時后仍保持90％的初始效率。

NiO_x/Spiro Hole Transport Bilayers for Stable Perovskite Solar Cells with Efficiency Exceeding 21%. ACS Energy Lett., 2019.

DOI：10.1021/acsenergylett.9b02112

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02112

7. Sol. RRL: 23.16%效率! 高性能全鈣鈦礦四端子串聯太陽能電池

全鈣鈦礦串聯太陽能電池的理想底電池，Sn-Pb低帶隙（Eg）鈣鈦礦太陽能電池（PSC）引起了研究人員極大的興趣。但是，由于缺乏高性能的Sn-Pb低E_gPSC，全鈣鈦礦串聯太陽能電池的開發受到嚴重限制。

西南大學Qunliang Song團隊使用稀釋的PEDOT：PSS作為空穴傳輸層顯著改善Sn-Pb低E_g（1.2 eV）PSC的性能，其效率高達19.58％，短路電流密度為29.81 mA cm ^?2。四端子全鈣鈦礦串聯太陽能電池是通過使用分光系統構建的，該高效低E_g PSC作為底部電池，而寬E_g（1.6 eV）PSC作為頂部電池，最高PCE為23.26％。

Highly Efficient Sn-Pb Perovskite Solar Cell and Then High Performance All-Perovskite 4-Terminal Tandem Solar Cell. Sol. RRL 2019.

DOI: 10.1002/solr.201900396

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/solr.201900396

8. 劉生忠Nano Energy綜述 : 新型鈣鈦礦太陽能電池的無機電子傳輸層

鈣鈦礦太陽能電池（PSC）已成為有前途的一類光伏設備，因為它們結合了超過20％的高效率，較低的材料成本以及簡便且可擴展的處理等優點。這些設備中電子傳輸層（ETL）的適當選擇是實現高效PSC的關鍵方面。常規的ETL TiO₂由于其相對較低的電導率和有問題的光催化活性而并非最佳選擇。因此，新型ETL受到越來越多的關注，并且正在迅速發展，并隨之促進了平面PSC的進一步發展和優化。

劉生忠團隊首先介紹平面PSC中ETL的基本功能。接下來，對新型ETL材料進行了廣泛的描述，同時考察了晶體和非晶系統。將討論它們的出現，發展以及隨之而來的優化策略。此外，提供了有關材料，制造方法和界面相關問題之間的相關性的簡短討論。最后，提出了一些與新型ETL的進一步發展有關的前瞻性研究主題。

Novel Inorganic Electron Transport Layers for Planar Perovskite Solar Cells: Progress and Prospective ，Nano Energy

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104289.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519309966

9. 孫立成JACS: 經濟高效無摻雜的空穴傳輸層用于高效穩定鈣鈦礦電池

鈣鈦礦太陽能電池（PSC）憑借其卓越的光電性能和便捷的加工性能使其達到了前所未有的發展水平。然而，昂貴的空穴傳輸材料（HTM）的使用以及潮解性摻雜物引發的不穩定性是阻礙進一步商業化的主要問題。孫立成團隊設計了一系列低成本的共軛聚合物，并將其用作PSC中的無摻雜HTM，具有可調節的能級，良好的耐高溫和耐濕性以及出色的光電性能。

進一步的研究突出了聚合物在促進電荷分離，鈍化鈣鈦礦材料的表面陷阱位點以及確保電池的長期穩定性方面的關鍵和多方面的作用。使用濃度極低的5 mg/mL的無摻雜劑P3，可實現20.3％的穩定效率（PCE）和顯著提高的器件壽命，使該器件成為到目前為止基于無摻雜劑的HTM構建的最佳PSC之一。此外，基于P3制成的柔性PSC的PCE也達到16.2％。這項工作證明了實現商業上可行，穩定和高效的PSC的有前途的途徑。

Polymeric, Cost-Effective, Dopant-Free, Hole Transport Materials for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells，J. Am. Chem. Soc. 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b08424

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b08424

10. 吉大Nano Energy: 22.16％效率！三管齊下，提高鈣鈦礦電池的性能

盡管鈣鈦礦太陽能電池具有出色的光伏特性和可印刷性，但其固有的不穩定性一直是未來商業化的最大痛點。吉林大學Qilin Dai和Hongwei Song團隊從形態，電子特性和化學組成方面研究了鈣鈦礦薄膜的穩定性。通過摻雜的溴化碘（IBr）可以有效地抑制鈣鈦礦薄膜的化學分解，以改善晶體缺陷，從而使PSC的回滯變小，具有出色的穩定性和21.5％的效率。此外，無摻雜空穴傳輸材料PDPP4T可以提高器件的開路電壓和可重復性。

經過修飾的PSC在環境條件下儲存5000小時后，可以保持其初始效率的82％。通過封裝技術還可以獲得長達100小時的PSC極好的耐水性。此外，在PSC的正面涂覆Ce³⁺-CsPbI₃納米晶體作為發光下轉換層后，器件的PCE進一步提高到22.16％。

Chemical inhibition of reversible decomposition for efficient and super-stable perovskite solar cells，Nano Energy, 2019

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104315

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519310225?dgcid=rss_sd_all#!

11. 吉大Solar RRL: 量子點合金化改性減少鈣鈦礦電池中的光電壓損失

吉林大學Wenjing Tian和Qingfeng Dong團隊通過引入雜化配體界面層來減少具有鈣鈦礦太陽能電池（PSC）中的開路電壓的（V_OC）損失。QDs改性后，鈣鈦礦薄膜的頂表面產生帶彎曲。這有助于減少約50 mV的V_OC損耗，從而在倒置結構的PSC中實現1.15 V的V_OC和20.6％的效率（PCE）。同時，這些器件在QD修改后實現了更高的穩定性，在存儲1000 h后PCE保持在初始值的90％以上。