北京大學朱瑞教授、龔旗煌院士、北京航空航天大學羅德映、寧波東方理工大學Bing Han、劍橋大學Samuel D. Stranks、牛津大學Henry J. Snaith等報道通過相干的晶界策略，制備高質量的微米厚度鈣鈦礦薄膜，這種相干晶界策略實現理論在高米勒指數的晶粒在低米勒指數晶粒上生長，得到的晶界和晶粒增強，具有優良的穩定性和優異的光電性質。分別制備了面積為1cm2和面積為5cm×5cm的模組，實現了24.3%和21.4%的效率。在春夏秋冬四個季節，都能夠得到非常好的工作性能。封裝后的器件在光/熱應力下，都展示了優異的長期穩定性。 大面積的串聯鈣鈦礦電池具有商業化的前景，因此受到人們的廣泛關注，但是目前1cm2面積電池的認證效率仍然遠遠低于0.1cm2的效率。這種性能降低來自于大面積寬能帶鈣鈦礦太陽能電池通常難以保證均勻，不均勻的原因是鈣鈦礦底部的界面以及鈣鈦礦體相。有鑒于此，南京大學譚海仁教授、吉林大學張立軍教授、劍橋大學Samuel D. Stranks等報道發現導致電子傳輸層（ETL, C60）頂部是導致電池不均勻的另一個關鍵因素。而且ETL界面較差同樣嚴重損害器件性能。作者引入4-氟苯乙胺（F-PEA）和4-CF3-苯銨（CF3-PA）構筑二維鈣鈦礦層（TTDL）界面。其中，F-PEA能夠減少界面接觸損失和界面不均勻，CF3-PA能夠增強電荷的抽取和傳輸。使用1.77eV能帶構筑面積為1 cm2串聯鈣鈦礦電池，得到1.35V開路電壓，效率達到20.5%。堆疊窄能帶鈣鈦礦后，得到1.05 cm2的鈣鈦礦串聯太陽能電池達到28.5 %的效率（認證效率28.2%），是目前報道最好的一批器件。這項工作展示了鈣鈦礦/ETL界面處理對于鈣鈦礦太陽能電池擴大規模的重要意義。鈣鈦礦太陽能電池目前正處于快速發展階段，但是目前仍然缺乏類似硅電池類似的系統性工作壽命研究方案。通常人們認為鈣鈦礦太陽能電池能夠在非光照作用下發生自愈，因此在白天/黑夜循環過程中能夠增強穩定性。有鑒于此，蘇州大學李永舫院士、李耀文教授、張曉宏教授、林雪平大學高峰教授等報道發現高性能的FAPbI3鈣鈦礦在自然狀態的白天/黑夜過程中發生更加快速的性能衰減，這個現象導致對人們廣泛接受的連續測試方式研究壽命的方法提出質疑。作者發現鈣鈦礦熱膨脹/收縮過程產生的晶格應力能夠在連續照射的過程中逐漸消除，但是在光照/不光照的循環過程中，熱膨脹/收縮產生循環。這種周期性的晶格應力變化導致深度缺陷的積累，而且在工作過程中分解，導致離子遷移電勢降低，器件的壽命因此減少。進一步研究發現，通過引入苯基硒酰氯（Ph-Se-Cl）能夠調控鈣鈦礦在白天/黑天循環過程產生的晶格應力，認證效率達到26.3 %，而且在白天/黑夜循環過程中T80壽命提高10倍。 近些年鈣鈦礦能夠用于串聯太陽能電池，克服單節太陽能電池的Shockley–Queisser限制。特別是，鈣鈦礦/有機串聯太陽能電池是由寬能帶鈣鈦礦和窄能帶有機太陽能電池串聯，具有良好的穩定性和高能量轉換效率。但是寬能帶鈣鈦礦電池通常比常規的鈣鈦礦太陽能電池具有更高的電壓損失，因此限制了串聯太陽能電池的性能。一個主要導致這個問題的原因來自鈣鈦礦/C60界面的載流子復合。開發表面鈍化策略對于發展高效率的鈣鈦礦/有機太陽能電池非常重要。 有鑒于此，中國科學院化學所李永舫院士、孟磊教授，德國波茨坦大學Felix Lang等報道一種新型表面鈍化分子，環己烷1,4-二胺二碘（CyDAI2）。這個分子天然具有兩個異構體結構，cis-CyDAI2和trans-CyDAI2，并且表現不同的表面相互作用。Cis-CyDAI2鈍化處理能夠準減少費米能級分裂（QFLS, Quasi–Fermi level splitting）-開路電壓失配，將開路電壓提高至1.36V。使用cis-CyDAI2處理鈣鈦礦，并且與能帶為1.24eV的有機層結合，構筑的鈣鈦礦/有機疊層太陽能電池達到26.4%的效率（認證效率25.7%）。 圖8. Cis-CyDAI2處理鈣鈦礦構筑鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池的性能Li, S., Xiao, Y., Su, R. et al. Coherent growth of high-Miller-index facets enhances perovskite solar cells. Nature (2024).DOI:10.1038/s41586-024-08159-5https://www.nature.com/articles/s41586-024-08159-5Wang, Y., Lin, R., Liu, C. et al. Homogenized contact in all-perovskite tandems using tailored 2D perovskite. Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08158-6https://www.nature.com/articles/s41586-024-08158-6Jiang, X., Qin, S., Meng, L. et al. Isomeric diammonium passivation for perovskite–organic tandem solar cells. Nature (2024).DOI: 10.1038/s41586-024-08160-yhttps://www.nature.com/articles/s41586-024-08160-yShen, Y., Zhang, T., Xu, G. et al. Strain regulation retards natural operation decay of perovskite solar cells. Nature (2024).DOI: 10.1038/s41586-024-08161-xhttps://www.nature.com/articles/s41586-024-08161-x
