1. AFM:核-殼Au @ CdS納米球的晶界和界面鈍化助力高效鈣鈦礦太陽能電池
核-殼納米材料的等離子體特性可以有效地改善激子的產(chǎn)生/解離和載流子的轉(zhuǎn)移/收集。鑒于此，武漢工程大學(xué)PingliQin和Liang Ma團(tuán)隊(duì)引入了一種基于核-殼Au @ CdS納米球的新策略，可通過反溶劑工藝鈍化鈣鈦礦晶界（GBs）和鈣鈦礦/空穴傳輸層界面。這些核-殼Au @CdS納米顆粒可通過形成中間Au @ CdS–PbI2復(fù)合物來觸發(fā)高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜前驅(qū)體的異質(zhì)形核，這同時(shí)也會(huì)降低Spiro-OMeTAD的價(jià)帶，從而能夠與鈣鈦礦材料具有更合適能級(jí)對(duì)齊。
此外，通過Au@ CdS的局部表面等離子體共振效應(yīng)，空穴可以通過中間Au @ CdS–PbI2輕松克服鈣鈦礦/Spiro-OMeTAD界面（或GBs）處的勢(shì)壘，避免了載流子積累，并抑制Spiro-OMeTAD /鈣鈦礦界面處的載流子陷阱復(fù)合。基于Au @ CdS的鈣鈦礦太陽能電池可實(shí)現(xiàn)了21％以上的高效率，并在干燥空氣中存放45天后仍然具有約90％初始效率，穩(wěn)定性能優(yōu)異！
Qin, P. Ma, L. et al. Grain Boundary and Interface Passivationwith Core–Shell Au@CdS Nanospheres for High‐Efficiency Perovskite Solar Cells. AFM 2020.
DOI:10.1002/adfm.201908408
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201908408
2. AM綜述：對(duì)高效有機(jī)光伏電池的設(shè)計(jì)原則以及氯化對(duì)共軛主鏈的協(xié)同效應(yīng)的重點(diǎn)綜述
對(duì)低成本、靈活、輕便的可再生能源的追求引發(fā)了有機(jī)太陽能電池(OSCs)的顯著進(jìn)步。在為合成OSCs的高效共軛電子給體(ED)或受體(EA)單元而開發(fā)的成功設(shè)計(jì)原則中，氯化反應(yīng)最近成為一種可靠的方法，盡管多年來一直被忽視。事實(shí)上，最近的幾項(xiàng)研究表明，在大規(guī)模生產(chǎn)中，氯化反應(yīng)比高度研究的氟化反應(yīng)在某些方面更加有效，如：簡(jiǎn)單和低成本的合成材料，降低能量水平，容易調(diào)優(yōu)的分子取向以及形態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了令人印象深刻的OSCs電力轉(zhuǎn)換效率，高達(dá)17%。
韓國(guó)建國(guó)大學(xué)的DooKyung Moon團(tuán)隊(duì)總結(jié)了最新的光伏的進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了將氯化的ED或EA加入到OSCs中，以認(rèn)識(shí)到這種有趣的取代基在光活性材料中的優(yōu)缺點(diǎn)。此外，還介紹了氯化材料在所有小分子、半透明、串聯(lián)、三元、單組分和室內(nèi)等方面OSCs的應(yīng)用。因此，對(duì)氯化或EA裝置的未來設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了簡(jiǎn)明的展望，這將有助于利用這種方法實(shí)現(xiàn)低成本和大面積OSCs的目標(biāo)。
GururajP. Kini, Sung Jae Jeon, and Doo Kyung Moon. Design Principles and SynergisticEffects of Chlorination on a Conjugated Backbone for Efficient OrganicPhotovoltaics: A Critical Review. Adv. Mater. 2020.
DOI:10.1002/adma.201906175
https://doi.org/10.1002/adma.201906175
3. Mitzi最新JMCA: Cs2TiBr6是一種用于太陽能電池有前途的無鉛鈣鈦礦？
為了尋求適合太陽能應(yīng)用的無鉛鈣鈦礦，最近報(bào)道了一種有前途的化合物, 即Cs2TiBr6，其具有合適的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)以及在環(huán)境壓力下的高穩(wěn)定性。杜克大學(xué)David B.Mitzi團(tuán)隊(duì)對(duì)這種化合物進(jìn)行了研究，通過溶液合成證明了相純的Cs2TiBr6粉末的形成，并提供了互補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)表征和理論計(jì)算。
作者提取了約2.0eV的實(shí)驗(yàn)吸收開始值，并測(cè)量了較弱的寬光致發(fā)光，接著密度泛函理論解釋了弱和斯托克斯位移發(fā)光。此外，作者重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了Cs2TiBr6粉末在環(huán)境大氣中非常不穩(wěn)定性，對(duì)Cs2TiBr6應(yīng)用在太陽能電池上提出了質(zhì)疑。
Mitzi, D. B. et al. Is Cs2TiBr6 apromising Pb-free perovskite for solar energy applications? JMCA 2020.
DOI:10.1039/C9TA13870F.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/c9ta13870f#!divAbstract
4. AM:17.3％效率！氯官能化的石墨炔助力二元有機(jī)太陽能電池
有機(jī)太陽能電池（OSC）中混合膜的形貌調(diào)整是提高器件效率的關(guān)鍵方法。將固態(tài)添加劑作為實(shí)現(xiàn)形貌調(diào)整是一種簡(jiǎn)單而新的方法。但是，相關(guān)報(bào)道很少能夠滿足這種期望。華盛頓大學(xué)Ke Gao和中國(guó)科學(xué)院的酒同鋼、 李玉良團(tuán)隊(duì)首次成功地將氯官能化的石墨炔（GCl）用作多功能固體添加劑微調(diào)其形貌，并首次提高了器件效率和生產(chǎn)率。與對(duì)照組的15.6％效率相比，基于GCl的器件獲得了創(chuàng)紀(jì)錄的17.3％效率，其中認(rèn)證效率為17.1％；與此同時(shí)，短路電流（Jsc）和填充系數(shù)（FF）進(jìn)一步增加，是目前最先進(jìn)的二元有機(jī)太陽能電池。
研究發(fā)現(xiàn)，膜吸收的紅移，增強(qiáng)的結(jié)晶度，顯著的相分離，改善的遷移率和降低的電荷復(fù)合，協(xié)同作用是Jsc和FF的增加。此外，由于GCl的非揮發(fā)性，因此添加GCl可以大大減少批次間的差異，從而有利于批量生產(chǎn)。所有的這些結(jié)果證實(shí)了GCl可以有效增強(qiáng)器件的性能，GCl可作為多功能固體添加劑在OSC領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。
Gao, K. Jiu, T. Li, Y. et al. Graphdiyne Derivative asMultifunctional Solid Additive in Binary Organic Solar Cells with 17.3%Efficiency and High Reproductivity. AM 2020.
DOI:10.1002/adma.201907604
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907604
5. 劉生忠AFM:16.79％效率！可控n摻雜實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的CsPbI2Br鈣鈦礦電池
CsPbI2Br鈣鈦礦因其優(yōu)異的光電性能和出色的熱穩(wěn)定性成為光伏應(yīng)用領(lǐng)域有希望的候選者。但是，CsPbI2Br鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的效率仍然低于雜化PSC和全無機(jī)CsPbI3 PSC的功率轉(zhuǎn)換效率。近日，陜西師范大學(xué)劉生忠和Zhike Liu團(tuán)隊(duì)向CsPbI2Br中添加CaCl2進(jìn)行鈍化和n型摻雜，提高了CsPbI2Br鈣鈦礦膜的結(jié)晶度，減小了陷阱密度，還改變了CsPbI2Br的費(fèi)米能級(jí)。
基于CaCl2優(yōu)化的CsPbI2Br PSC顯示出1.32 V的最高開路電壓和16.79％的效率。同時(shí)，在空氣中經(jīng)過1000多個(gè)小時(shí)的老化后仍具有90％的初始效率，顯示出較高的空氣穩(wěn)定性。
Liu, Z. Liu, S. et al. Controlled n‐Doping in Air‐StableCsPbI2Br Perovskite Solar Cells with a Record Efficiency of 16.79%. AFM 2020.
DOI:10.1002/adfm.201909972.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201909972
6. Sargent&譚海仁AM：2D鈣鈦礦提高混合錫-鉛鈣鈦礦電池的性能
窄帶隙(Eg≈1.2 eV)混合錫-鉛(Sn-Pb)鹵化物鈣鈦礦的發(fā)展使得全鈣鈦礦串聯(lián)太陽能電池成為可能。盡管純鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)在效率和穩(wěn)定性方面同時(shí)取得了進(jìn)步，但在Sn-Pb太陽能電池中實(shí)現(xiàn)這一關(guān)鍵結(jié)合仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。基于此，南京大學(xué)譚海仁、多倫多大學(xué)Edward H. Sargent團(tuán)隊(duì)提出一種將Sn-Pb鈣鈦礦顆粒與超薄層鈣鈦礦結(jié)合的方法，可以克服效率-穩(wěn)定性之間的權(quán)衡。
通過在反溶劑中直接引入苯乙銨配體來實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦膜表面和晶界處的缺陷鈍化，這不僅改善了器件的工作穩(wěn)定性，還避免了阻礙電荷傳輸?shù)膶訝钼}鈦礦的過度形成。Sn-Pb PSCs的填充系數(shù)為79％，認(rèn)證的能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）為18.95%，是目前報(bào)道的Sn-PbPSCs中的最高值。使用該方法組裝成的器件，在AM1.5G全光照射下，與未鈍化的Sn-Pb PSC相比，其工作壽命可以提高200倍，此外，在經(jīng)過濾波的AM1.5G照明下，仍可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)200小時(shí)的工作時(shí)間，而性能不會(huì)下降。
CombiningEfficiency and Stability in Mixed Tin–Lead Perovskite Solar Cells by Capping Grains with an Ultrathin 2DLayer. Advanced Materials. 2020
DOI: 10.1002/adma.201907058.
https://doi.org/10.1002/adma.201907058
7. Nano Energy：降低缺陷水平和提取剝離電荷，以穩(wěn)定高效和無滯后鈣鈦礦光伏器件
鈣鈦礦材料是高效光電應(yīng)用的理想材料。然而，鈣鈦礦晶體的高離子特性會(huì)在器件運(yùn)行過程中引發(fā)鈣鈦礦內(nèi)部形成缺陷，不利于器件的性能和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。在此，新加坡高性能計(jì)算研究所Zhi Gen Yu和新加坡國(guó)立大學(xué)Hao Gong團(tuán)隊(duì)提出了一種策略，通過引入一個(gè)超薄的二維WS2夾層來引導(dǎo)范德華準(zhǔn)外延鈣鈦礦生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)了降低缺陷水平并同時(shí)促進(jìn)鈣鈦礦薄膜中剝離電荷的提取。各種光電表征和DFT計(jì)算清晰地表明，2D WS2抑制了鈣鈦礦內(nèi)部的天然缺陷形成，同時(shí)也降低了鈣鈦礦內(nèi)部的深層缺陷。
此外，2D WS2夾層可以迅速提取剝離電荷，以減少界面復(fù)合。因此，倒置的平面鈣鈦礦太陽能電池實(shí)現(xiàn)了，最大的轉(zhuǎn)化效率為20.92%，Voc和FF顯著提高，以及優(yōu)異的水分穩(wěn)定性(超過20天仍保持90%)。這一工作啟發(fā)了研究者們對(duì)二維材料高效穩(wěn)定的鈣鈦礦光伏器件的深入理解，有助于基于鈣鈦礦/2D異質(zhì)結(jié)器件的發(fā)展。
ShallowDefects Levels and Extract Detrapped Charges to Stabilize Highly Efficient andHysteresis-Free Perovskite Photovoltaic Devices, Nano Energy, 2020
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104556.
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104556
8. AFM：與電致變色超級(jí)電容器單片集成的半透明儲(chǔ)能功能光伏
可以同時(shí)收集和存儲(chǔ)太陽能的儲(chǔ)能功能光伏被認(rèn)為是有前景的下一代多功能能源系統(tǒng)。韓國(guó)慶熙大學(xué)Doo‐Hyun Ko和韓國(guó)首爾大學(xué)HongChul Moon團(tuán)隊(duì)為了擴(kuò)展傳統(tǒng)的有機(jī)光伏（OPV），將電致變色超級(jí)電容器（ECS）與基于半透明（ST）的四元共混物有機(jī)光伏（ST Q-OPV）進(jìn)行單片集成，以實(shí)現(xiàn)緊湊，節(jié)能的新一代存儲(chǔ)系統(tǒng)并具有極佳的美學(xué)吸引力。
具有低功耗ECS的ST Q-OPV甚至在低強(qiáng)度輻照下（包括人造室內(nèi)光的情況下）也可以完全運(yùn)行，從而為全天的能源供應(yīng)展現(xiàn)了潛力。ST儲(chǔ)能功能光伏電池還可以通過消耗充電功率來充當(dāng)外部電子設(shè)備（例如發(fā)光二極管和物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)）的備用電源。除了具有豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，顏色可調(diào)性，各種形狀的設(shè)計(jì)的可行性，快速充放電以及存儲(chǔ)容量的實(shí)時(shí)顯示等功能外，ST儲(chǔ)能功能性光伏電池還可以應(yīng)用在電子設(shè)備中例如高級(jí)智能窗戶或便攜式智能電子產(chǎn)品。
SemitransparentEnergy‐StoringFunctional Photovoltaics Monolithically Integrated with ElectrochromicSupercapacitors, Adv. Func. Mater. 2020
DOI:10.1002/adfm.201909601.
https://doi.org/10.1002/adfm.201909601
9. 黃勁松JACS：CdI2降低表面缺陷！21.9％效率！1.2 V的鈣鈦礦太陽能電池
基于碘基的鈣鈦礦太陽能電池（PSC）可實(shí)現(xiàn)較小的帶隙和高性能。然而，已廣泛顯示在熱退火過程中由其蒸發(fā)形成的膜表面上存在大量碘空位，會(huì)引起深層缺陷，引起非輻射電荷復(fù)合并引起光電流滯后，所有這些都限制了PSC的效率和穩(wěn)定性。
黃勁松團(tuán)隊(duì)用碘化鎘（CdI2）修飾鈣鈦礦薄膜的缺陷表面可有效降低表面碘缺乏的程度，并通過形成強(qiáng)Cd-I離子鍵來穩(wěn)定碘離子。這極大地降低了界面電荷的復(fù)合損失，對(duì)于開路電壓為1.20 V的刮涂制備的PSC而言，效率高達(dá)21.9％，對(duì)應(yīng)于創(chuàng)紀(jì)錄的0.31 V的小電壓損失。CdI2表面處理還改善了工作性PSC的穩(wěn)定性，在1個(gè)太陽強(qiáng)度下持續(xù)照明1000小時(shí)后，仍保持92％的效率。
ReducingSurface Halide Deficiency for Efficient and Stable Iodide-Based PerovskiteSolar Cells，J. Am. Chem. Soc. 2020
https://doi.org/10.1021/jacs.9b13418
10. MIT最新Joule: 鈣鈦礦光伏制造業(yè)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)增長(zhǎng)
光伏制造的巨額資本支出使新的電池和模塊技術(shù)難以進(jìn)入市場(chǎng)。麻省理工學(xué)院Ian Mathews團(tuán)隊(duì)提出了兩個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)模型，用于分析R2R單結(jié)技術(shù)和鈣鈦礦-硅串聯(lián)模組的鈣鈦礦制造的可持續(xù)增長(zhǎng)。重點(diǎn)是規(guī)模經(jīng)濟(jì)和平均售價(jià)對(duì)盈利能力的影響。對(duì)于工廠生產(chǎn)的柔性模組，研究人員將成本范圍定在3.30 美元/瓦至0.5 3美元/瓦之間，范圍從0.3 MW/年至1GW/年。
此外，對(duì)制造串聯(lián)模組的成本進(jìn)行了建模，并展示了現(xiàn)有制造商如何通過共同投資于串聯(lián)模組，可以更快地增長(zhǎng)。該分析突出了鈣鈦礦光伏產(chǎn)品的潛在市場(chǎng)途徑，以及即使在勞動(dòng)力價(jià)格較高的市場(chǎng)中，可持續(xù)發(fā)展光伏制造公司的可能性。
EconomicallySustainable Growth of Perovskite Photovoltaics Manufacturing，Joule，2020
Doi.org/10.1016/j.joule.2020.01.006.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435120300337
11. 宋延林&張懿強(qiáng)Angew.：6.43％效率！DJ相，穩(wěn)定的錫基鈣鈦礦太陽能電池
低維錫基鈣鈦礦具有出色的抗氧化性和耐濕性，在無鉛鈣鈦礦光伏器件中起著不可替代的作用。中科院化學(xué)所的宋延林和鄭州大學(xué)的張懿強(qiáng)團(tuán)隊(duì)將1,4-丁二胺（BEA）摻入FASnI3中，開發(fā)了一系列新的（BEA）FAn-1SnnI3n+1的低維Dion-Jacobson（LDDJ）相無鉛鈣鈦礦。（BEA）FA2Sn3I10帶隙的寬度似乎受到由于高對(duì)稱性引起的結(jié)構(gòu)變形的輕微影響。
BEA配體的引入穩(wěn)定了低維錫基鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)（形成能≈106 j/ mol），從而抑制了Sn2+的氧化。此外，（BEA）FA2Sn3I10薄膜的電子和空穴的擴(kuò)散長(zhǎng)度分別超過450和340 nm。基于BEA）FA2Sn3I10的太陽能電池可實(shí)現(xiàn)6.43％的最佳效率（PCE），且回滯可忽略不計(jì)。這些器件可以在1000小時(shí)后保留其初始PCE的90％以上（FASnI3器件僅有<60％）。
Low‐Dimensional Dion‐Jacobson Phase Lead‐free Perovskites forHigh‐Performance Photovoltaic with Improved Stability,Angew., 2020
https://doi.org/10.1002/anie.202000460
12. Nano Energy: 基于2D/1D/2D夾層電極的高效半透明鈣鈦礦電池
鈣鈦礦太陽能電池（PSC）已經(jīng)成為解決可加工半透明（ST）和柔性光伏的有前途的候選者。但是，溶液處理兼容的透明電極（TE）仍然是高效，穩(wěn)定ST-PSC的主要障礙之一。鑒于此，武漢理工大學(xué)Fuzhi Huang, Jie Zhong和湖北文理學(xué)院Guijie Liang團(tuán)隊(duì)使用可溶液處理的一維和二維材料構(gòu)造了一個(gè)三明治式頂部透明電極。組裝后的2D石墨烯與可控的還原電極和1D銀納米線（AgNWs）電極對(duì)載流子的收集和器件的穩(wěn)定性做出了重要貢獻(xiàn)。夾層電極可以抑制碘離子遷移，減輕了水，氧氣，碘等對(duì)TE的腐蝕。
未封裝的ST-PSC器件的穩(wěn)定性已顯著提高。基于高性能單結(jié)ST-PSC，效率高達(dá)14.69％，可見光的透射率超過20％，近紅外線的透射率超過59％。因此，通過開發(fā)與打印兼容的2D/1D/2D TE，可以進(jìn)一步提高全解決方案處理的ST-PSC的性能，并有可能應(yīng)用于低成本的建筑集成光伏，串聯(lián)和便攜式電子設(shè)備。
Self-augmentedion blocking of sandwiched 2D/1D/2D electrode for solution processed highefficiency semitransparent perovskite solar cell, Nano Energy, 2020
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104567
13. 北京師范Angew: 鈍化和消除間隙缺陷，延長(zhǎng)含堿金屬的鹵化鈣鈦礦中的載流子壽命
諸如鹵化物間隙的缺陷充當(dāng)電荷復(fù)合中心，導(dǎo)致鹵化物鈣鈦礦的降解，并為應(yīng)用這些材料造成主要障礙。堿金屬摻雜劑極大地改善了鈣鈦礦的性能。北京師范大學(xué)Run Long 團(tuán)隊(duì)利用絕對(duì)非絕熱分子動(dòng)力學(xué)，證明了堿金屬帶來的有利的影響。
在存在堿金屬摻雜劑的情況下，鹵化物間隙的形成能最多增加四倍，因此缺陷濃度降低。當(dāng)存在缺陷時(shí)，堿金屬會(huì)牢固地與其結(jié)合。鹵化物的間隙隙會(huì)引入中間能隙狀態(tài)，從而迅速俘獲電荷載流子。堿消除了陷阱狀態(tài)，有助于維持高電流密度。除電荷捕獲外，間隙可加速電荷復(fù)合。通過鈍化間隙，堿金屬離子可使載流子的壽命比無缺陷的鈣鈦礦長(zhǎng)七倍，比有缺陷的鈣鈦礦長(zhǎng)三十倍。
ExtendingCarrier Lifetimes in Lead Halide Perovskites with Alkali Metals by Passivatingand Eliminating Halide Interstitial Defects, Angew, 2020
https://doi.org/10.1002/anie.201911615
14. 李劍鋒Nano Energy：水中穩(wěn)定分散! 厲害的鈣鈦礦納米晶
鉛鹵鈣鈦礦納米晶（LPH-NCs）具有優(yōu)異的發(fā)光性能，然而其本征離子鹽性質(zhì)，導(dǎo)致其光、熱、極性條件下穩(wěn)定性較差（特別是極性穩(wěn)定性），限制了其實(shí)際應(yīng)用范圍。如何制備具有良好穩(wěn)定性的LPH-NCs，尤其是可水中分散的LPH-NCs是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，亦是重難點(diǎn)之一。
鑒于此，廈門大學(xué)李劍鋒團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種孔道限域-殼層隔絕雙重保護(hù)鈣鈦礦納米晶的普適性合成方法，該方法通過將LPH前驅(qū)體灌注于介孔硅中，然后通過加熱退火在介孔硅孔道內(nèi)原位生長(zhǎng)LPH-NCs，基于孔道限域作用，所得到的LPH-NCs展現(xiàn)出良好的光學(xué)性能；隨后，得益于介孔硅表面豐富的-OH，可提供良好的Al2O3成核位點(diǎn)，研究人員通過原子沉積技術(shù)在介孔硅表面可控沉積致密的Al2O3殼層，該殼層可有效隔絕環(huán)境對(duì)LPH-NCs的影響。得到的mSiO2-CsPbBr3@AlOxNCs在水中可穩(wěn)定分散90天以上，且可有效屏蔽離子交換作用，極大地提高了LPH-NCs的穩(wěn)定性，有助于進(jìn)一步拓寬LPH-NCs的實(shí)際應(yīng)用范圍。
UltrastableMonodispersed Lead Halide Perovskite Nanocrystals Derived from InterfacialCompatibility, Nano Energy. 2020
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104554.
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104554
