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光伏周刊丨Nature Energy, Chem. Rev., JACS, Angew最新進(jìn)展0120-0126

納米人納米人 2020-02-03

1. Adv. Sci.: 22%效率！乙酸輔助高效鈣鈦礦太陽能電池的制備

新南威爾士大學(xué)Anita W. Y. Ho‐Baillie 和蘇州大學(xué)馬萬里團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，乙酸（Ac）用作制備具有優(yōu)異光電性能的鈣鈦礦薄膜的反溶劑。研究表明，Ac不僅可以減少鈣鈦礦膜的粗糙度和殘留的PbI₂，而且富含電子的羰基產(chǎn)還可以生鈍化作用。在0.159 cm²面積上，對Cs_0.05FA_0.80MA_0.15Pb(I_0.85Br_0.15)₃的器件效率為22.0％，對Cs_0.05FA_0.90MA_0.05PbPb(I_0.95Br_0.05)₃的器件效率為23.0％。

AceticAcid Assisted Crystallization Strategy for High Efficiency and Long‐Term Stable Perovskite SolarCell, Advanced Science, 2020

https://doi.org/10.1002/advs.201903368

2. AM綜述：可充電電池和鈣鈦礦太陽能電池中活性材料的表界面調(diào)控

對清潔可持續(xù)能源的需求不斷增長，推動了世界范圍內(nèi)對能源轉(zhuǎn)換和儲能裝置的新型活性材料的設(shè)計(jì)和開發(fā)的巨大投資。設(shè)計(jì)不同材料之間的表界面是實(shí)現(xiàn)高能量密度電池和高效太陽能電池的最可靠和最佳研究途徑之一。金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSC）是最有前途的光伏材料之一，其功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）在不到10年內(nèi)飆升至超過25%，這種進(jìn)展主要是通過控制結(jié)晶度和表面/界面缺陷實(shí)現(xiàn)的。

可充電電池（RBs）通過電極和電解質(zhì)之間的界面上的氧化還原反應(yīng)，能夠可逆地轉(zhuǎn)換電能和化學(xué)能。有源組件之間的（電）化學(xué)和光電兼容性是優(yōu)化功率轉(zhuǎn)換和能量存儲性能的基本設(shè)計(jì)考慮因素。基于此，北京科技大學(xué)田建軍和華盛頓大學(xué)曹國忠等人對這些器件中活性材料的界面和界面間的形成和功能進(jìn)行了重點(diǎn)討論和關(guān)鍵分析，并描述了用于克服當(dāng)前挑戰(zhàn)的前瞻性策略。這些策略主要圍繞著控制RBs和PSCs的各種界面的化學(xué)成分、缺陷、穩(wěn)定性和鈍化。

Interphases,Interfaces, and Surfaces of Active Materials in Rechargeable Batteries andPerovskite Solar Cells. Advanced Materials. 2020

DOI: 10.1002/adma.201905245

https://doi.org/10.1002/adma.201905245

3. 香港理工大學(xué)Chem. Rev.：用于新興薄膜太陽能電池的溶液處理透明電極

溶液處理的太陽能電池之所以吸引人，是因?yàn)槠渲圃斐杀镜停c柔性基底的良好兼容性以及易于大規(guī)模制造。可溶液處理的活性材料已被廣泛用于制造有機(jī)，染料敏化和鈣鈦礦型太陽能電池，而真空沉積的透明導(dǎo)電氧化物(TCO)，例如銦錫氧化物，氟摻雜的錫氧化物和鋁摻雜的氧化錫仍然是太陽能電池最常用的透明電極（TE）。

這些TCO不僅大大增加了設(shè)備的制造成本，而且對于將來的柔性和可穿戴應(yīng)用來說較昂貴。因此，開發(fā)用于太陽能電池的溶液處理的TE引起了極大的興趣。香港理工大學(xué)Zijian Zheng團(tuán)隊(duì)對溶液加工TE的最新發(fā)展進(jìn)行了詳細(xì)討論，包括電極材料的化學(xué)合成，電極制備的基于溶液的技術(shù)，溶液加工TE的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用在太陽能電池上。

Solution-ProcessedTransparent Electrodes for Emerging Thin-Film Solar Cells，Chem. Rev. 2020

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00483

4. 武漢理工JACS: 化學(xué)界面工程實(shí)現(xiàn)高效CsPbI₃量子點(diǎn)介孔太陽能電池

穩(wěn)定性優(yōu)異的全無機(jī)α-CsPbI₃鈣鈦礦量子點(diǎn)（QDs）吸引了研究人員的極大興趣。此外，非原位合成的量子點(diǎn)明顯降低了鈣鈦礦層沉積過程的可變性。同時，將α-CsPbI₃ QD摻入介孔TiO₂（m-TiO₂）極具挑戰(zhàn)性（m-TiO₂是鈣鈦礦太陽能電池中性能最好的電子傳輸材料之一）。

鑒于此，武漢理工大學(xué)Yueli Liu，格勒諾布爾大學(xué)Peter Reiss和莫納什大學(xué)Qiaoliang Bao團(tuán)隊(duì)使用富含電子的銫離子的乙酸甲酯溶液對m-TiO₂表面進(jìn)行工程處理。研究表明，該處理降低了TiO₂表面的固液界面張力并提高了潤濕性，從而有利于QDs向m-TiO₂的遷移。同時，銫離子鈍化QD表面并促進(jìn)m-TiO₂/QD界面處的電荷轉(zhuǎn)移，從而使電子注入速率提高了三倍。m-TiO2 / QD層的表面粗糙度也得到了改善，器件效率為13％。

Highefficiency mesoscopic solar cells using CsPbI₃ perovskitequantum dots enabled by chemical interface engineering, J. Am. Chem. Soc. 20

https://doi.org/10.1021/jacs.9b10700

5. 陳棋Angew: 揭示鈣鈦礦凝膠階段與相分離的相關(guān)性

金屬鹵化鈣鈦礦已經(jīng)引起了極大的關(guān)注，以發(fā)現(xiàn)其在光電子領(lǐng)域的各種應(yīng)用中的潛力。然而，這種帶有混合陽離子/陰離子的材料經(jīng)常會發(fā)生相偏析，這不利于器件效率和長期穩(wěn)定性。在鈣鈦礦薄膜生長過程中，凝膠階段（介于液晶和結(jié)晶之間）與相分離有關(guān)的研究鮮有報(bào)道。北京理工大學(xué)的陳棋團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地研究了凝膠階段的陽離子擴(kuò)散動力學(xué)，從而建立了遵循菲克第二定律的擴(kuò)散模型。

以二維層狀鈣鈦礦為例，理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，揭示了擴(kuò)散系數(shù)，溫度和凝膠持續(xù)時間對薄膜生長和相形成的影響。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，成功地制造了均勻的2D鈣鈦礦薄膜，而沒有明顯的相分離。對凝膠階段和相關(guān)陽離子擴(kuò)散動力學(xué)的深入了解將進(jìn)一步指導(dǎo)具有混合成分的鹵化鈣鈦礦的設(shè)計(jì)和加工，以滿足光電應(yīng)用的要求。

CationDiffusion Guides Hybrid Halide Perovskite Crystallization during Gel Stage,Angew, 2020

https://doi.org/10.1002/anie.201914183

6. 王連洲Nature Energy: 16.6%認(rèn)證效率！量子點(diǎn)鈣鈦礦太陽能電池

量子點(diǎn)（QD）形式的Cs₁_?_xFA_xPbI₃提供了通往穩(wěn)定的基于鈣鈦礦的光伏和光電子學(xué)的途徑。但是，合成具有高性能QD太陽能電池（QDSC）所需特性的多元QD仍然具有挑戰(zhàn)性。昆士蘭大學(xué)的王連洲和Yang Bai團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種有效的油酸（OA）配體輔助陽離子交換策略，該策略允許在整個組成范圍內(nèi)（x = 0-1）進(jìn)行Cs₁_?_xFA_xPbI₃QD的可控合成，這在大晶粒多晶薄膜中是無法獲得的。

在富含OA的環(huán)境中，可以促進(jìn)陽離子的交叉交換，從而可以快速形成具有降低的缺陷密度的Cs₁_?_xFA_xPbI₃QD。最高Cs_0.5FA_0.5PbI₃QDSC的認(rèn)證效率（PCE）為16.6％，而滯后可以忽略不計(jì)。進(jìn)一步證明，由于相分離得到抑制，與薄膜同類產(chǎn)品相比，QD設(shè)備顯示出明顯增強(qiáng)的光穩(wěn)定性，并且在連續(xù)光照下600h，仍保留了94％的原始PCE。

Ligand-assisted cation-exchangeengineering for high-efficiency colloidal Cs₁_?_xFA_xPbI₃ quantumdot solar cells with reduced phase segregation，Nature Energy2020.

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0535-7

7. Osman& Sargent最新Nat. Energy: 23%記錄效率！倒置鈣鈦礦太陽能電池

倒置鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)獲得了越來越多的關(guān)注，因?yàn)樗鼈兙哂休^長的使用壽命。但是，與正置鈣鈦礦太陽能電池相比，它們的效率顯著降低。阿卜杜拉國王科技大學(xué)Osman M. Bakr和多倫多大學(xué)Edward H. Sargent 團(tuán)隊(duì)使用痕量的具有不同鏈長的表面錨定烷基胺配體（AAL）作為晶粒和界面改性劑來減少這種效率差距。

研究表明，添加到前體溶液中的長鏈AAL抑制了非輻射載流子的復(fù)合并改善了混合陽離子混合鹵化物鈣鈦礦薄膜的光電性能。所得的AAL表面改性膜表現(xiàn)出突出的（100）晶面取向和較低的陷阱態(tài)密度以及增強(qiáng)的載流子遷移率和擴(kuò)散長度。器件獲得了認(rèn)證的22.3％穩(wěn)定效率（對于實(shí)驗(yàn)室測量的最高器件效率為23.0％）。該器件在AM1.5G照明下以最大功率工作超過1,000 h，而不會損失效率。

Managing grains and interfacesvia ligand anchoring enables 22.3%-efficiency inverted perovskite solar cells，Nature Energy 2020.

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0538

8. AM綜述：光電轉(zhuǎn)換材料

將分子光電轉(zhuǎn)換集成到各種材料中，為利用遠(yuǎn)程光學(xué)刺激以高時空分辨率控制其特性和功能提供了獨(dú)特的機(jī)會。由于在分子水平上利用幾何和電子的變化來調(diào)節(jié)宏觀和整體材料性能方面存在著根本性的挑戰(zhàn)，這些光響應(yīng)系統(tǒng)的巨大潛力在很大程度上仍未被充分開發(fā)。

基于此，柏林洪堡大學(xué)Alexis Goulet‐Hanssens、Fabian Eisenreich、Stefan Hecht等人重點(diǎn)介紹了近十年來在光致發(fā)光材料領(lǐng)域取得的進(jìn)展，在指出一些通用的設(shè)計(jì)原則之后，作者討論了集成光轉(zhuǎn)換單元的材料，其范圍從表面/界面的無定形設(shè)置集成到超分子、液晶和結(jié)晶相。最后，作者在結(jié)論中指出了一些潛在的未來方向，鑒于該領(lǐng)域令人興奮的最新成就，人們迫切期望光驅(qū)動和光學(xué)可編程（交互）活性材料和系統(tǒng)的未來出現(xiàn)和進(jìn)一步發(fā)展。