太阳能电池前沿每周精选丨1021-1027

纳米人

2019-10-31

1. 田纳西大学Joule: 18.04％效率！准二维钙钛矿太阳能电池

垂直排序的（小到大n）准2D钙钛矿薄膜是促进定向电荷转移的常用方法。田纳西大学Bin Hu团队报道了通过引入真空极化处理以在结晶过程中强制形核来均匀排列不同n值纳米板（PEA₂MA_n-1Pb_nI_{3n + 1}）的不同策略。

并且薄膜具有有效的载流子传输。此外，制备的器件具有创纪录的高填充因子（FF）为82.4％，效率（PCE）为18.04％（Voc = 1.223 V，Jsc = 17.91 mA/cm²）。储存8个月后，可保持96.1％的初始效率，并在80°C下保持97.7％的时间超过180小时，从而实现了卓越的稳定性。

Uniform Permutation of Quasi-2D Perovskites by Vacuum Poling for Efficient, High-Fill-Factor Solar Cells, Joule

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119304805#!

2. 游经碧AM: 高效CsPbI₃-xBrx太阳能电池

与混合型PSC相比，无机钙钛矿型太阳能电池（PSC）的功率转换效率仍然较低。 游经碧，Pingqi Gao 和Xingwang Zhang 团队在SnO₂上使用氟化锂添加剂，和在钙钛矿中加PbCl₂，可减少电荷复合。最终，获得的CsPbI_3-xBr_x太阳能电池的效率为18.64％，并且该器件显示超过1000小时的光照稳定性。

Cesium Lead Inorganic Solar Cell with Efficiency beyond 18% via Reduced Charge Recombination，Adv. Mater. 2019, 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905143

3. JACS: 真空沉积二元有机光伏

三元共混有机光伏（OPV）可以改善太阳光谱吸收,并减少能量损失超过二元共混OPV。但优化三组分的形态的困难导致器件的性能通常不及二元OPV。Ken-Tsung Wong和 Stephen R. Forrest团队介绍了一种基于小分子的二元OPV，该二元OPV包含两个单独的真空沉积的二元本征异质结，这些异质结在平面结处融合而没有组分混合。与以前的报告不同，传统的混合三元电池的开路电压（V_OC）位于各个二元的开路电压之间。

此外，只有在光活性异质结中使用施主-受主-受体的偶极施主时，才能观察到达到最大效率所必需的两个二元链段之间的偶极诱导能级重排。与二元OPV相比，优化的二元OPV显示出更高的性能，在V_OC = 0.94±0.01 V，短路电流密度为16.0±0.5 mA cm^-2，填充因子为0.70±0.01。

Vacuum‐Deposited Bi-ternary Organic Photovoltaics

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09012

4. 波斯坦大学AM综述: 钙钛矿太阳能电池中的非辐射复合：界面的作用

钙钛矿太阳能电池结合了高载流子迁移率，长载流子寿命和高效率。然而，完器件仍面临很大的非辐射复合损失，其V_OC在远低于Shockley-Queisser极限的值。波斯坦大学Christian M. Wolff，Dieter Neher和Martin Stolterfoht  等人概述了在理解钙钛矿太阳能电池的非辐射复合过程中从皮秒到稳态的最新进展，重点是钙钛矿层和电荷传输层之间的界面。钙钛矿薄膜在有或没有附着传输层的情况下准费米能级分裂的定量分析可以确定非辐射复合的起源。在最先进的太阳能电池中，钙钛矿与传输层之间的界面处的非辐射复合比体相或晶界处的过程更重要。

光学泵浦探针技术为界面重组途径提供了互补途径，并提供了有关转移速率和重组速度的定量信息。特别是考虑到能级对准的作用和表面钝化的重要性。最后，还提出了有希望的优化策略，以及具有低非辐射损耗的最新创纪录的钙钛矿太阳能电池，其中有效地克服了界面复合，从而为热力学效率极限铺平了道路。

Wolff, C. M., Caprioglio, P., Stolterfoht, M., Neher, D., Nonradiative Recombination in Perovskite Solar Cells: The Role of Interfaces. Adv. Mater. 2019, 1902762.

DOI: 10.1002/adma.201902762

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902762

5. Sang Il Seok最新AEM：22.9％认证效率！2D/3D钙钛矿太阳能电池

在三维（3D）钙钛矿上的二维（2D）结构（2D/3D）可有效提高效率和稳定性。但是，作为3D钙钛矿薄膜上的钝化层的2D结构的电性能和对水分渗透的抵抗力可能会根据烷基链的长度而变化。另外，在3D层上的2D本身的表面缺陷也可能受到2D结构与空穴导电材料之间的相关性的影响。因此，有必要进行系统的界面研究以形成2D结构的长链烷基碘化铵的烷基链长度。

在此，将形成的二维界面层与3D（FAPbI₃）_0.95（MAPbBr₃）_0.05钙钛矿薄膜上的碘化丁基铵碘化物（BAI），碘化八烷基碘化铵（OAI）和碘化十二烷基碘化铵（DAI）碘化物进行比较。随着烷基链长度从BA到OA到DA的增加，电子阻断能力和耐湿性明显提高，但是OA和DA之间的差异并不大。经OAI后处理的PSC的PCE略高于经BAI和DAI处理的PSC，经认证的稳定效率为22.9％。

Optimal Interfacial Engineering with Different Length of Alkylammonium Halide for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201902740

6. Solar RRL综述：在平板型钙钛矿太阳能电池中，功能层的原子层沉积

钙钛矿太阳能电池（PSC）的效率的稳步提高仍然伴随着对长期稳定性的担忧以及有关规模化制造的未解决问题。原子层沉积（ALD）是一项有希望的技术。最重要的是，ALD技术可以克服其他涂层技术无法实现的有关器件架构和工艺的新颖选择。

因此，ALD引起了钙钛矿光伏领域的关注。伍珀塔尔大学Thomas Riedl团队重点介绍了PSC的ALD生长功能电荷传输层的最新技术。 强调了必须解决的最紧迫的科学问题，并概述了进一步研究目标。

Atomic Layer Deposition of Functional Layers in Planar Perovskite Solar Cells，Solar RRL，2019

DOI: 10.1002/solr.201900332.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/solr.201900332

7. Solar RRL综述：锡基钙钛矿太阳能电池的现状与研究前景

锡基钙钛矿太阳能电池的性能仍远低于铅基体系，这通常归因于相对较低的缺陷耐受性，快速结晶和氧化不稳定性。含锡钙钛矿的效率为9％，高于其他无铅（Ge，Bi，Sb，Cu等）。韩国高丽大学和韩巴大学概述了近期锡基钙钛矿太阳能电池的发展，并揭示卤化钙钛矿的优缺点。

此外，还描述了锡基钙钛矿的缺陷物理性质。开路电压的提高是锡基钙钛矿与铅基钙钛矿竞争的关键问题。对缺陷物理的理解在设计高效，耐用的卤化钙钛矿型太阳能电池的策略中发挥了重要作用。

Present Status and Research Prospects of Tin‐based Perovskite Solar Cells

Solar RRL，2019

DOI: 10.1002/solr.201900310.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.201900310

8. 西电Solar RRL：聚乙烯亚胺掺杂SnO₂，提高钙钛矿太阳能电池的效率

电荷传输层对于钙钛矿太阳能电池（PSC）的性能和稳定性至关重要。SnO₂具有更深的导带和更高的电子迁移率，并且可以有效地用作电子传输层，从而促进电荷的提取和转移。

西安电子科技大学Zhenhua Lin和Jingjing Chang团队通过在PSC中首次将聚乙烯亚胺掺杂到SnO₂中来实现优化的低温溶液处理的SnO₂电子传输层。掺杂的SnO₂膜可以更好的能级匹配，更大的内建电场场，增强的电子转移/提取以及减少的电荷复合都有助于改善器件性能。 最后，在低温度下成功制备了效率为20.61％的PSC。

Polyelectrolyte‐Doped SnO₂ as a Tunable Electron Transport Layer for High‐Efficiency and Stable Perovskite Solar Cells, Solar RRL, 2019

DOI: 10.1002/solr.201900336.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.201900336

9. MIT最新EES：重新审视光伏用薄硅：技术经济学的综述

晶体硅占全球光伏（PV）市场的90％，并保持了近30％的累计年增长率，但仅占电力容量的不到2％。为了维持这种增长轨迹，需要持续降低成本和资本支出（资本支出）。将硅晶圆减薄到远低于行业标准的160 µm，原则上既降低了制造成本，又降低了资本支出，并加快了PV制造在经济上可持续的扩张。麻省理工学院Tonio Buonassisi团队探讨了围绕采用薄硅晶片的两个问题：（a）薄晶片的市场收益是什么？ b）采用薄晶圆的技术挑战是什么？研究人员使用全面的技术经济框架，重新评估了薄硅对于当前和未来光伏模块的优势和挑战。当采用具有足够好的表面钝化特性的先进技术概念时，对于50 μm的晶片和160 μm的晶片都可以达到相同的高效率。然后，根据多晶硅到模块的制造资本支出，模块成本和公用事业光伏系统的平均电费（LCOE），量化了薄硅晶片的经济效益。特别是，LCOE倾向于在所有研究的器件架构中使用更薄的晶圆，并且与160μm晶圆的价格相比，有可能减少5％以上。

随着模块效率的进一步提高，采用50 μm晶圆的先进设备概念可以将制造资本支出降低48％，模块成本降低28％，LCOE降低24％。此外，采用了可持续增长模型来调查2030年的PV部署方案。发现即使在非常激进的财务方案下，最新的行业概念也无法实现气候目标，因此降低资本支出的好处晶圆有利于更快地采用PV。最后，讨论了剩余的技术挑战和创新领域，以使高生产率的薄硅晶圆PV组件的制造成为可能。

Revisiting Thin Silicon for Photovoltaics: A Technoeconomic Perspective

Energy & Environmental Science, 2019

DOI: 10.1039/C9EE02452B.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee02452b#!divAbstract

10. AEM：PEC≈8%，抑制深能级缺陷和带隙波动以实现Cu₂CdSnS₄太阳能电池

众所周知，太阳能电池技术发展的关键是要能够确定限制其性能的因素。近年来，基于Cu2ZnSn(S,Se)4的太阳能电池显示出极具潜力的功率转换效率（PCE）。但是与其他太阳能电池相比性能仍然较差。近日， 南洋理工大学Lydia H. Wong团队通过比较Cu₂ZnSnS₄和Cu₂CdSnS₄的缺陷形成能和光电特性，揭示了深能级缺陷诱导的2Cu_Zn+Sn_Zn缺陷簇的性能限制作用。

结果表明，通过在铜组成区中用Cd替代Zn可以抑制这些有害的缺陷簇。尽管Cu_Zn+ Zn_Cu和Cu_Cd+Cd_Cu位点的形成能相似，但用Cd取代Zn会显著降低带隙波动。最后，Cu₂CdSnS₄太阳能电池的PCE为效率为7.96％，是基于Cu₂ZnSnS₄的太阳能电池中最高的效率。

Wong et al. Suppressed Deep Traps and Bandgap Fluctuations in Cu2CdSnS4 Solar Cells with ≈8% Efficiency.

DOI：10.1002/aenm.201902509

https://doi.org/10.1002/aenm.201902509

11. ACS Energy Lett.：钙钛矿光伏产业的未来

众所周知，实现太阳能发电增长的关键是高效和低成本。尽管主流光伏技术（硅光伏材料，市场份额超过95％）的发电成本在缓慢下降，但这主要是由节省材料成本而带来的，因为硅技术已达到其效率极限。相反，钙钛矿光伏材料已被证实可以超越硅技术的极限。自2009年以来，钙钛矿已成为太阳能领域最重要的研究课题之一。在过去的五年中，随着效率，稳定性和可扩展性的飞跃提高，钙钛矿光伏产品已具备了极大的商业潜力，钙钛矿光伏产品正在进入工业化阶段。

近日，英国太阳能公司Oxford PV首席技术官Chris Case等人发表了自己的见解，他们认为光伏产业的进一步发展需要依靠钙钛矿-硅串联太阳能电池来实现，在使用相似外形尺寸的前提下，添加钙钛矿可以显著提高硅电池的效率。2018年，Oxford PV展示了钙钛矿–硅串联电池，其效率达到28.0％，超过了以往所有硅效率记录。该电池通过了国家可再生能源实验室（NREL）的认证。

Case et al. Industrial Insights into Perovskite Photovoltaics. DOI: 10.1021/acsenergylett.9b02105

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02105

12. Nano Energy：效率>21.3%！基于碘辅助反溶剂工程的稳定钙钛矿太阳能电池

光活性薄膜的质量是决定功率转换效率（PCE）和钙钛矿太阳能电池（PSC）稳定性的重要因素。近日，吉林师范大学杨丽丽和杨景海团队报道了一种简单的碘辅助的反溶剂处理工程，该处理显著改善了MAPbI₃膜的结晶度和化学均匀性。作者还提出了详细的模型以描述其如何增强钙钛矿结晶度并钝化配位不足的Pb²⁺悬键。

最终，用FTO/TiO₂/ MAPbI₃/Spiro-OMeTAD/Ag结构制备的的PSC具有较少的表面缺陷及高质量的薄膜，所制备PSC在不进行任何封装的条件下维持30天后功率转换效率仍大于21.33％，保持了其初始值的91％。这些结果表明通过卤离子平衡实现表面缺陷钝化工程的有效性，同时提供了可广泛用于制造高质量钙钛矿薄膜的简单有效的方法。

Yang et al. Iodine-assisted Antisolvent Engineering for Stable Perovskite Solar Cells with Efficiency >21.3 %.

DOI：10.1016/j.nanoen.2019.104224

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104224

13. Small：基于新型无掺杂空穴传输材料的高性能倒置结构钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池一直都是能源领域的一大热门。近日，西北工业大学黄维团队合成了一种名为DMZ的新型空穴传输材料（HTM），并将其用作倒置结构钙钛矿太阳能电池（PSC）中。系统研究表明，这种空穴传输层的厚度的调节与优化可以有效增强钙钛矿层的形貌和结晶度，从而降低串联电阻，减少晶体中的缺陷。所制备的PSC的功率转换效率为18.61％，比基于(聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS）的PSC高出1.5倍。

更重要的是，与基于PEDOT:PSS的PSC相比，基于DMZ的PSC表现出更好的稳定性，其在空气中经过556小时（相对湿度≈45％–50％）后仍保留最高效率的90％，而基于PEDOT:PSS的PSC在相同条件下77小时后，仅保留了初始效率的36％。因此，这种DMZ空穴传输材料作为经济高效且易用的材料便成为PEDOT:PSS的理想替代品，可实现高效且稳定的倒置平面PSC。

Huang et al. High‐Performance Inverted Planar Perovskite Solar Cells Enhanced by Thickness Tuning of New Dopant‐Free Hole Transporting Layer.

DOI: 10.1002/smll.201904715

https://doi.org/10.1002/smll.201904715

14. Materials Today: 全面研究MAPbI₃在光照和温度下的降解

钙钛矿太阳能电池（PSC）的稳定性一直都是工业发展的一个关键问题。原因之一便是挥发性有机甲基铵（MA）阳离子对光照和温度极其敏感。因此，几乎所有高性能的太阳能电池均尽量减少MA的使用。近日，弗里堡大学Michael Saliba团队对MA进行了深入而全面的研究。在 -10、50、65 和95°C及500 h持续照明的条件下对MAPbI₃器件进行了测试，发现PSC分别保留了其初始功率转换效率（PCE）的87％，100％，90％和85％。

值得注意的是，在20°C下，MAPbI₃器件在老化1000小时后仍保持其初始效率。这项老化研究提供了关键的线索，说明即使在更高的温度下， MAPbI₃和含MA的器件也可以保持长期稳定。此外，通过选择合适的电荷传输层或界面修饰工程也能够明显改善器件稳定性。

Saliba et al. A chain is as strong as its weakest link – Stability study of MAPbI₃ under light and temperature.

DOI: 10.1016/j.mattod.2018.10.017

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2018.10.017