太阳能电池前沿每周精选丨0826-0901

纳米人

2019-09-04

1. 暨南大学JMCA: 无机钙钛矿太阳能电池: 光伏领域的新兴成员

钙钛矿太阳能电池的功率转换效率（PCE）从最初的3.8％提高到2019年认证的25.2％。然而，有机 - 无机杂化钙钛矿的固有化学不稳定性受水分，热和紫外线影响仍然是满足特定应用要求的关键问题。最近，通过用无机Cs ⁺离子完全取代有机物质，使用全无机钙钛矿CsPbI_3-xBr_x（x = 0,1,2,3）作为光采集层被认为是一种很有前景的太阳能转换技术。自2015的2.9％效率以来，无机PSC的最高PCE记录已通过结构优化，成分工程，界面工程，溶剂控制和表面钝化等提高至18.4％。

近日，暨南大学Qunwei Tang研究团队综述了近年来各种无机钙钛矿材料在光学性能和稳定性方面的研究进展，薄膜制备方法和界面工程技术。它们在理论和重组机制方面的有限效率也通过详细的平衡模型预测。最后，研究人员专注于提高光伏性能的最新策略，并确定该领域未来研究的新挑战和前景。

Duan, J. Tang, Q. et al. Inorganic perovskite solar cells: An emerging member in photovoltaic community. JMCA 2019.

DOI:10.1039/C9TA06674H

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/ta/c9ta06674h

2. 天津理工大学Angew: 无甲氧基空穴传输层，构建高效稳定钙钛矿太阳能电池

钙钛矿的太阳能电池的稳定性已成为商业化的关键挑战。然而，迄今为止最有效的空穴传输材料（HTM）仍然依赖于现有技术的甲氧基三苯胺（MOTPA）单元，其中甲氧基通常会降低器件的稳定性。

天津理工大学Mao Liang团队采用咔唑-芴杂化物作为无甲氧基单元的有机HTM。该新型HTM不仅具有了咔唑和芴的特征，而且还表现出由平面结构引起的额外优势。制备的器件表现出超过20％效率和优异的长期稳定性。

Wang, J. , Zhang, H. , Wu, B. , Wang, Z. , Sun, Z. , Xue, S. , Wu, Y. , Hagfeldt, A. and Liang, M. (2019), Indeno[1,2‐b]carbazole as Methoxy‐Free Donor Group to Construct Efficient and Stable Hole‐Transporting Materials for Perovskite Solar Cells. Angew. Chem. Int. Ed..

DOI: 10.1002/anie.201909117.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201909117

3. 李永舫&李耀文AM：靶向修复！稳定高效钙钛矿太阳能电池的界面工程

有机-无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）的长期稳定性差仍然是其商业化的一大挑战。虽然已经报道了诸如封装，掺杂和钝化的策略，但仍然缺乏对PSCs的耐水性和热稳定性的理解。

李永舫和李耀文团队合成了含有官能硫原子和C60的富勒烯衍生物，PCBB-S-N，用作电子传输层(ETL)/界面层，有针对性地修复PSCs中的多重缺陷或辅助ETL的生长。经过修复的器件不仅可以显著提高效率，还可以解决潮湿和高温下的稳定性问题。通过实验和理论计算，系统地研究了PCBB-S-N在器件中具有靶向修复效果的相应机制。

Targeted Therapy for Interfacial Engineering Toward Stable and Efficient Perovskite Solar Cells

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903691

4. 孟庆波AEM: 定量研究钙钛矿太阳能电池稳定性来源的界面缺陷

阻碍钙钛矿太阳能电池商业化的稳定性问题得到了广泛的认识，并为解决这一问题付出了巨大的努力。然而，除了表面的热稳定性和水分稳定性外，关于缺陷行为的更内在的机制还有待探索和理解。孟庆波团队量化了缺陷尤其是界面缺陷，可以揭示其在电池内部对其性能的影响，尤其是稳定性。

当电池在光照或电压作用下效率下降时，利用扩展导纳模型对电池的体积和界面缺陷进行识别和原位跟踪。电场诱导的界面，而不是体积缺陷，被发现与稳定性有直接关系。采用富勒烯衍生物释放界面应变是抑制界面缺陷形成、提高界面稳定性的有效方法。这项工作提供了一个定量的方法来探究稳定性问题背后的半导体机制，并且在这里发现的电场、界面应变、界面缺陷和电池稳定性之间的内在相关性对正在进行的器件稳定性工程具有重要的意义。

Quantifying the Interface Defect for the Stability Origin of Perovskite Solar Cells, Advanced Energy Material, 2019

DOI: 10.1002/aenm.201901352.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201901352

5. 崔屹Joule: 冷冻电镜揭秘钙钛矿的退化机制

尽管杂化有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池的快速发展，但由于它们对电子束辐射和环境暴露的极端敏感性，使用透射电子显微镜来研究它们的原子结构是不可能的。崔屹团队开发了低温电子显微镜（cryo-EM）方案，以在各种操作条件下测试极其敏感的钙钛矿，甲基铵碘化铅（MAPbI₃），并用于原子分辨率成像。

研究发现，在短时间紫外线照射和表面粗糙化后，碘化物纳米颗粒在MAPbI₃纳米线表面沉淀，仅在空气中暴露10秒后，这些效应在传统的X射线衍射中仍然未被发现。建立了临界电子剂量的定义，并发现在低温条件下MAPbI₃的这个值在1.49Å空间分辨率下为12 e^-/Ų。研究结果突出了cryo-EM的重要性，因为传统技术无法捕获形态和结构中重要的纳米级变化，这对钙钛矿太阳能电池的稳定性和性能具有重要意义。

Unravelling Degradation Mechanisms and Atomic Structure of Organic-Inorganic Halide Perovskites by Cryo-EM

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119304192

6. 上海交大AM: 11.76％效率！全印刷全聚合物太阳能电池

全聚合物太阳能电池（PSC）表现出优异的稳定性和易于调节的油墨粘度，因此特别适用于大规模装置的印刷制备。目前，通过旋涂法制造的最先进的全PSC的效率已超过11％，为印刷设备的制备和实际应用奠定了基础。上海交通大学Feng Liu团队开发了基于PTzBI-Si：N2200，2-甲基四氢呋喃（MTHF，一种环保溶剂）和通过狭缝涂布印刷制备活性层，实现了11.76％的高效率。相反，由高沸点氯苯处理的装置的PCE小于2％。

通过对成膜动力学的研究，挥发性溶剂可以在短时间内冻结形态，具有强分子间相互作用的更刚性构象与PTzBI-Si和N2200在MTHF中的溶解度极限相结合，导致形成体异质结。这确保了载流子的快速转移并促进了激子分离，从而提高了载流子迁移率和电流密度，从而提高了器件性能。

Aggregation‐Induced Multilength Scaled Morphology Enabling 11.76% Efficiency in All‐Polymer Solar Cells Using Printing Fabrication

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902899

7. 香港大学AEM: 超过36％的记录效率！钙钛矿用于室内光伏发电！

室内光伏发电有望为物联网提供自供电的电子设备。香港大学Shien‐Ping Feng团队报道了一种三阴离子CH₃NH₃PbI_2-xBrCl_x钙钛矿薄膜，其带隙专为室内光捕获而设计，在标准1000 lux荧光灯下, 具有1.028 V的独特高开路电压（Voc），达到36.2％的纪录效率。溴化物和氯化物抑制了陷阱状态和非辐射复合损失，表现出显著的理想因子1.097。

氯化物的引入成功地抑制了碘化物和溴化物的卤化物偏析，稳定了三阴离子钙钛矿膜。该设备具有出色的长期性能，在连续光照下超过2000小时，可保持95％以上的原始效率。研究结果表明，I/Br/Cl三阴离子钙钛矿具有定制的带隙和抑制陷阱状态的重要性和潜力，可以稳定高效地进行室内光回收。

Tailoring Triple‐Anion Perovskite Material for Indoor Light Harvesting with Restrained Halide Segregation and Record High Efficiency Beyond 36%. Adv. Energy Mater. 2019, 1901980.

DOI: 10.1002/aenm.201901980

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901980