納米人編輯部對2019年國內外重要科研團隊的代表性重要成果進行了梳理，今天，我們要介紹的是，上海交通大學的韓禮元教授課題組。
韓禮元教授的課題研究組一直專注于光電材料及器件的開發，太陽能電池的研究。
下面，我們簡要介紹韓禮元教授課題組2019年部分重要成果，供大家交流學習（僅限于通訊作者文章，以online時間為準）。
1、韓禮元AEM：通過控制供體-π-受體分子的電子密度分布實現鈣鈦礦太陽能電池缺陷的有效鈍化
有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池（PSC）是近年來發展最為迅速、有前途的光伏技術。然而，鈣鈦礦層中大量的離子缺陷可作為非輻射復合中心，會限制PSC的性能。韓禮元團隊采用不同電子密度分布的有機供體-π-受體（D-π-A）分子有效鈍化了鈣鈦礦薄膜中的缺陷。XPS分析表明，分子中強電子供體N，N-二丁基氨基苯基單元會導致羧酸鹽基團的鈍化位點電子密度增加，從而更好地鈍化未配位的鉛缺陷。并且鈣鈦礦膜中的載流子壽命也隨著D-π-A分子的供電子能力的增強而延長。基于上述的研究，該研究團隊制備了轉換效率達到20.43%的鈣鈦礦太陽能電池，同時，也強調了鈍化分子的電子結構對于提高PSC效率和穩定性的重要性。
Wu T, et al. Efficient Defect Passivation forPerovskite Solar Cells by Controlling the ElectronDensity Distribution ofDonor-π-Acceptor Molecules. Advanced Energy Materials,2019.
DOI: 10.1002/aenm.201803766
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201803766
2、陳煒&韓禮元Nature Commun.：化學惰性鉍界面層，提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性
長期穩定性仍然是阻礙鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）商業化的關鍵問題。分子和離子的擴散導致光伏器件性能的不可逆地降解。華中科大陳煒聯合上海交大的韓禮元團隊報道了一種通過半金屬鉍界面層提高穩定性PSCs的簡便策略。鉍膜既可以防止鈣鈦礦外部水分的侵入，又可以保護金屬電極免受碘腐蝕。基于鉍界面的器件在受到濕度，熱和光應力時,表現出極大改善的穩定性。未封裝的器件在黑暗環境中保持其初始效率的88％超過6000 小時；在85 ℃熱老化和關照在氮氣氛中500小時后，器件分別保持其初始效率的95％和97％。
Wu, S., Chen, R., Zhang, S., Babu, B. H.,Yue,Y., Zhu, H., Yang, Z., Chen, C., Chen, W., Huang, Y., Fang, S., Liu, T.,Han, L.& Chen, W. A chemically inert bismuth interlayer enhanceslong-termstability of inverted perovskite solar cells. Nature Communications,2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09167-0
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09167-0
3、AM：13.2%！倒置無機鈣鈦礦太陽能電池
CsPbI3是用于鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池的有前途的寬帶隙材料，但它們在環境條件下容易經歷從立方黑相到正交黃相的相變。這種相變是由水分引起的，這種水分會引起共頂八面體骨架（[PbI6]4-）的變形。韓禮元團隊通過系統地控制表面有機末端基團的空間位阻來抑制立方CsPbI3中[PbI6]4-單元的八面體傾斜。
這種空間位阻有效地防止了晶格畸變，從而增加了相變的能壘。研究人員通過X射線衍射測量和密度泛函理論計算驗證了該機制。同時，有機覆蓋層的形成也可以鈍化鈣鈦礦吸收劑的表面電子陷阱態。基于上述研究，研究人員獲得了13.2％ PCE倒置平面鈣鈦礦太陽能電池，這是由倒置結構無機PSC實現的最高效率。更重要的是，優化的器件在環境條件下老化30天后扔保留了其初始PCE的85％，穩定性得到顯著提升。
Wu,T. Han, Y. et al. Efficient and Stable CsPbI3 Solar Cells viaRegulating Lattice Distortion with Surface Organic Terminal Groups. AdvancedMaterials, 2019.
DOI:10.1002/adma.201900605
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201900605
4、Science: 穩定鈣鈦礦半導體的異質結構
韓禮元和楊旭東團隊報道了一種解決方案處理策略，以穩定基于鈣鈦礦的異質結構。在具有富Pb表面的FAxMA1-xPb1+ yI3膜和氯化氧化石墨烯層之間形成強Pb-Cl和Pb-O鍵。構建的異質結構可以選擇性地提取光生電荷載體并阻止軟鈣鈦礦中分解組分的損失，從而減少對有機電荷傳輸半導體的損害。在AM1.5G太陽光下。在60℃下1000小時的最大功率點下測試后，活性面積為1.02 cm2的鈣鈦礦太陽能電池保持其初始效率的90％為（初始值為21％）。
Stabilizing heterostructures of soft perovskite semiconductors
https://science.sciencemag.org/content/365/6454/687
5、Joule: 高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池組件
高效光電轉換的操作穩定性對于鈣鈦礦裝置的大規模應用的成功至關重要。由于鈣鈦礦的固有弱結構，碘化物代表最易揮發的成分，并且其擴散可引起不可逆的降解，這對實現穩定的鈣鈦礦組件提出巨大挑戰。
上海交通大學楊旭東教授和韓禮元教授報道了一種低溫處理策略，通過設計低維擴散阻擋層來提高高效鈣鈦礦太陽能組件的操作穩定性，將不需要的離子界面擴散減少103-107倍。最終獲得了穩定高效的鈣鈦礦太陽能組件，超過15％，其面積為36 cm2。在85°C加熱1,000小時后保持95％以上的初始效率，在AM 1.5 G中測試1,000小時后保持91％。該研究結果為實現穩定高效的鈣鈦礦太陽能電池組件提供了有效的策略。
Efficient Perovskite Solar Cell Modules with High Stability Enabled by Iodide DiffusionBarriers
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119303745
6、AM: 8.9％效率！高穩定FASnI3鈣鈦礦太陽能電池
具有窄帶隙和高電荷載流子遷移率的錫基鈣鈦礦是制備高效無鉛鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的有希望的材料之一。然而，錫基鈣鈦礦的結晶速率快，導致較多的陷阱狀態和低開路電壓（Voc）。韓禮元團隊引入氫鍵以延遲FASnI3鈣鈦礦的結晶速率。通過添加聚（乙烯醇）（PVA），PVA和FASnI3之間的O-H... I-氫鍵相互作用具有引入成核位點，減緩晶體生長，引導晶體取向，減少陷阱狀態和抑制碘離子的遷移。
在存在PVA添加劑的情況下，FASnI3-PVA PSC獲得了8.9％的效率，其中Voc從0.55降至0.63 V，這是基于FASnI3的PSC的最高Voc值之一。更重要的是，FASnI3-PVA PSC具有驚人的長期穩定性，在最大功率點運行400小時后效率未下降。該方法利用PVA和FASnI3之間的O-H... I-氫鍵相互作用，適用于提高基于FASnI3的PSC的效率和穩定性。
HighlyStable and Efficient FASnI3‐Based Perovskite Solar Cellsby Introducing Hydrogen Bonding
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903721
7、Science China Chemistry: 中國鈣鈦礦太陽能電池的研究浪潮
鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由于其高效率和低生產成本而備受關注。盡管中國的學術研究起步較晚，但與歐洲和韓國相比，現在大多數活躍的PSC研究都在中國進行。此外，中國研究小組目前對單個PSC和PSC模組均擁有經認證的最高效率記錄。中國還是世界上最大的太陽能電池組件供應商，使其成為一個實現PSC商業化的有前途的國家。韓禮元團隊回顧了在中國（學術界和工業界）開展的PSC研究活動，并討論了PSC早期商業化需要克服的重大挑戰。建議研究活動從材料和器件結構的開發轉向提高PSC穩定性和大面積模塊制造的開發方法。此外，建議在中國急需一個公認的認證中心來進一步加快PSC的研究。
Research activities onperovskite solar cells in China，Science China Chemistry 2019, 62, 822.
https://doi.org/10.1007/s11426-019-9461-1
韓禮元教授，畢業于日本大阪府立大學應用化學專業，曾任職于在日本Dainippon Ink & Chemicals Inc和夏普公司研究。2008年-2017年，擔任日本物材研究機構下一代太陽能電池中心主任，2011年至今上海交通大學講席教授。
韓禮元教授在提高太陽能電池的轉換效率和模塊技術創新上有很高的造詣。通過對染料敏化太陽能電池的電子傳運機理的深入系統的研究，率先提出了電池的等效回路模型,為系統地提高轉換效率和長期穩定性做出了貢獻。隨著高效率、低成本的鈣鈦礦太陽能電池的問世，近幾年研究者們致力于全面提高鈣鈦礦太陽能電池的性能，追求更高效率，更好穩定性。韓禮元教授領導的團隊把握機遇，深入研究鈣鈦礦太陽能電池，并一次次地取得重大突破，在鈣鈦礦太陽能電池高效率器件制備，大面積模塊開發，穩定性等方面做出了卓越貢獻。在Nature Energy，Nature Communication，Energy & Environmental Science，AdvancedMaterial等世界頂尖期刊上發表了許多高質量的研究成果。迄今為止，韓禮元教授已經在國際期刊上發表了200多篇高水平學術論文，申請專利200多項。未來一段時間內的主要研究方向仍然是研究開發大面積，高效率，高穩定性的鈣鈦礦太陽能電池，推動該型電池產業化進程，為解決能源短缺，緩解環境污染等問題做出應有的貢獻。
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