太阳能电池前沿每周精选丨0624-0630

纳米人

2019-07-05

1. AFM：克服钙钛矿与氧化锌界面的不稳定

钙钛矿太阳能电池在金属氧化物n型层（包括SnO₂和TiO₂）上实现了最高的功率转换效率。尽管ZnO具有优异的光电性能，例如改善的透射率，更高的导电性，以及与甲基铵（MA）PbI₃更紧密的导带对准，但由于与金属卤化物钙钛矿接触时的化学不稳定性，ZnO很大程度上被忽视了钙钛矿的快速分解。虽然表面钝化技术在一定程度上缓解了这种不稳定性，但尚未研究所有金属卤化物钙钛矿是否表现出与ZnO的这种不稳定性。近日，牛津大学Henry J. Snaith研究团队通过用甲脒（FA）和铯（Cs）取代MA，钙钛矿-ZnO界面的稳定性大大提高，实现了21.1％的扫描功率转换效率和18％的稳态功率输出。这项工作表明ZnO与SnO₂一样是可行的n型电荷提取层，只要避免MA阳离子，就有许多可预见的优点。

Schutt, K. Snaith, H. J. et al. Overcoming Zinc Oxide Interface Instability with a Methylammonium-Free Perovskite for High-Performance Solar Cells. AFM 2019.

DOI:10.1002/adfm.201900466

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201900466

2. AM：通过界面能带工程，改善钙钛矿双功能器件

目前，光伏/电致发光（PV/EL）钙钛矿双功能器件（PBD）由于能带的缺陷和界面未对准而表现出较差的性能。香港中文大学许建斌和严克友联合浙江大学Xuegong Yu团队一种无需添加剂的空穴传输层材料，通过界面能带工程以减少界面能量损失。该策略可以将钙钛矿的n型表面转变为p型，从而校正未对准以形成明确定义的n-i-p异质结。PBD实现了高达21.54％（认证20.24％）的高PV效率和4.3％EL外部量子效率。在光照下，未封装的器件连续工作500小时后，仍保持超过92％的初始性能。该策略可作为提高钙钛矿器件的PV和EL性能的一种普适性策略。

Xie, J., Hang, P., Wang, H., Zhao, S., Li, G., Fang, Y., Liu, F., Guo, X., Zhu, H., Lu, X., Yu, X., Chan, C. C. S., Wong, K. S., Yang, D., Xu, J., Yan, K., Perovskite Bifunctional Device with Improved Electroluminescent and Photovoltaic Performance through Interfacial Energy‐Band Engineering. Adv. Mater. 2019, 1902543.

https://doi.org/10.1002/adma.201902543

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902543

3. AEM：溶液制备碳纳米管透明电极用于钙钛矿电池

双壁碳纳米管位于单壁碳纳米管和多壁碳纳米管之间。就光学密度而言，它们与单壁碳纳米管相当，但其机械稳定性和溶解性更高。日本东京大学Shigeo Maruyama，Yutaka Matsuo和韩国首尔国立大学Mansoo Choi团队利用双壁碳纳米管证明了溶液处理的透明电极具有这些优点，并且还将其应用在钙钛矿太阳能电池。使用双壁碳纳米管透明电极的钙钛矿太阳能电池在没有回滞的情况下产生17.2％的效率。作为第一个溶液处理的电极基钙钛矿太阳能电池，这项工作将为大尺寸，低成本和环保的太阳能设备铺平道路。

Jeon, I., Yoon, J., Kim, U., Lee, C., Xiang, R., Shawky, A., Xi, J., Byeon, J., Lee, H. M., Choi, M., Maruyama, S., Matsuo, Y., High‐Performance Solution‐Processed Double‐Walled Carbon Nanotube Transparent Electrode for Perovskite Solar Cells. Adv. Energy Mater. 2019, 1901204. https://doi.org/10.1002/aenm.201901204

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201901204

4. Adv. Sci.：MACl再来一篇！闪蒸+模组钙钛矿电池

限制钙钛矿太阳能电池（PSC）商业化的最主要障碍是缺乏可靠且可扩展的薄膜生产工艺。暨南大学麦耀华、Fei Guo和深圳大学Boyuan Cai报道了一种通用的结晶策略，该策略允许通过一步刮涂控制高质量钙钛矿薄膜的生长。通过MACl作为添加剂与简便的真空辅助预结晶策略相结合，可以在大面积上产生具有高结晶度的致密且均匀的钙钛矿膜。该方法的普遍应用在具有不同带隙的三种典型组分钙钛矿。P-i-n钙钛矿太阳能电池的效率超过18%，填充因子高达80％。大面积模组（10.08 cm²）的效率为11.25%，可见控制结晶动力学的重要性。该方法为实现用于应用的成本有效的大面积钙钛矿太阳能电池提供了重要指导。

Guo, F., Qiu, S., Hu, J., Wang, H., Cai, B., Li, J., Yuan, X., Liu, X., Forberich, K., Brabec, C. J., Mai, Y., A Generalized Crystallization Protocol for Scalable Deposition of High‐Quality Perovskite Thin Films for Photovoltaic Applications. Adv. Sci. 2019, 1901067.

https://doi.org/10.1002/advs.201901067

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201901067

5. EES：23.4％效率！超低电压损耗、界面稳定的钙钛矿电池

麻省理工学院Seong Sik Shin和Moungi G. Bawendi团队采用独特的（线性烷基溴化铵/氯仿）的后处理溶液策略，用于在3D钙钛矿薄膜上有效合成层状钙钛矿（LP）。LP钝化层（形成3D/LP异质结构）可以有效钝化界面和晶界缺陷，同时增加了防潮性。在该策略中，沉积钝化层而不会破坏高质量钙钛矿底层，最小化非辐射复合位点，并防止钙钛矿界面处的载流子淬灭。这使得电池的开路电压损耗仅为~340 mV，器件的最高效率高达23.4％，认证效率为22.6％，稳定性也得到大幅度增强。此外，钙钛矿太阳能电池的电致发光EQE高达8.9％。

Yoo, J. J. et al. An Interface Stabilized Perovskite Solar Cell with High Stabilized Efficiency and Low Voltage Loss. Energy Environ. Sci., 2019

Doi:10.1039/C9EE00751B.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee00751b#!divAbstract

6. AFM：20.54%效率！In:CuCrO₂空穴传输层的钙钛矿太阳能电池

虽然对掺杂三元金属氧化物基空穴传输材料的研究非常有限。香港大学蔡植豪团队提出了In掺杂CuCrO₂纳米粒子（NPs）作为钙钛矿太阳能电池（PSC）的空穴传输层（HTL）。与传统的合成CuCrO₂ NPs的方法相比，共沸促进方法将反应时间缩短了90％，煅烧温度降低了三分之一。这不仅促进了高产量生产，而且降低了合成中的功耗和成本。In掺杂提供较少的Cr³⁺的d-d跃迁和p型掺杂特性，分别用于改善HTL透射率和导电率。基于In掺杂的CuCrO₂ HTL，PSC实现20.54％的效率。同时，这些器件具有良好的重复性和光稳定性。因此，该工作有助于建立一种简单的方法来实现原始和掺杂的多元氧化物基HTL，以开发实用和高性能的PSC。

Yang, B., Ouyang, D., Huang, Z., Ren, X., Zhang, H., Choy, W. C. H., Multifunctional Synthesis Approach of In:CuCrO₂Nanoparticles for Hole Transport Layer in High‐Performance Perovskite Solar Cells. Adv. Funct. Mater. 2019, 1902600.

https://doi.org/10.1002/adfm.201902600

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201902600

7. ACS Energy Lett.：14.0%效率！100 cm²钙钛矿模组

目前，很少研究用于电子和空穴传输层（ETL和HTL）的大规模制备技术。该技术壁垒是如何在低温下获得均匀、高度结晶和超薄的ETL。韩国成均馆大学Hyun Suk Jung联合汉阳大学Min Jea Ko团队通过静电自组装方法制备大面积SnO₂ ETL。涂覆在FTO上的SnO₂ ETL显示出高度均匀性而没有孔洞。此外，与传统的基于SnO₂ ETL的PSC相比，该策略制备的PSC随着面积增大，效率降低幅度很小。基于该自组装方法，制造面积为25 cm²和100 cm²的钙钛矿太阳能模组的效率分别为15.3％和14.0％，没有分流电阻损失。

Han, G. S.; Kim, J.; Bae, S.; Han, S.-H.; Kim, Y. J.; Gong, O. Y.; Lee, P.; Ko, M. J.; Jung, H. S., Spin Coating Process for 10cm × 10cm Perovskite Solar Modules Enabled by Self-Assembly of SnO₂ Nanocolloids. ACS Energy Letters 2019.

Doi:10.1021/acsenergylett.9b00953.

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b00953

8. Nature Commun.：电荷分离异质结构的高效钙钛矿量子点太阳能电池

金属卤化物钙钛矿半导体具有用于光电应用的突出特性，包括但不限于光伏电池。低维和纳米结构图案赋予了可以进一步利用的附加功能。此外，胶体量子点（QD）钙钛矿的更宽的阳离子组成可调性和可调的表面配体性质现在实现了前所未有的器件结构，这与由溶剂化分子前体制备的薄膜钙钛矿不同。美国国家可再生能源实验室Joseph M. Luther团队采用了钙钛矿QD的逐层沉积，证明了整个钙钛矿薄膜中具有组成变化的太阳能电池。利用这种能力突然控制组合物以产生内部异质结，促进内部界面处的电荷分离，从而改善光载体收获。展示了光伏性能如何取决于异质结位置以及每种组分的组成，并且描述了一种可以极大地改善钙钛矿QD光伏器件性能的架构。

High efficiency perovskite quantum dot solar cells with charge separating heterostructure. Nature Communication, 2019

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10856-z