太阳能电池前沿每周精选丨1028-1103

纳米人

2019-11-07

1. 青岛大学JMCA综述: 基于金属硫族化物的量子点敏化太阳能电池的最新进展

量子点敏化太阳能电池（QDSC）由于其易于制造，低成本和潜在的高效率等特性而引起了越来越多的关注。通过精确地优化材料结构和器件架构，可以提高器件的效率和稳定性。在整个QDSC的开发过程中，值得注意的是，基于金属硫族化物的半导体作为光敏层，对电极（CE）和界面电荷传输作为界面修饰层等方面是关键材料。

青岛大学Jianguo Tang和Zhonglin Du团队从三个主要功能点，即QD敏化剂，对电极（CE）和界面修饰层方面出发，系统地回顾了基于金属硫属化物的QDSC在实际应用中的最新进展。此外，概述了这种敏化太阳能电池的基本结构，工作原理和简要历史。最后，还讨论了使用各种金属硫族化物的QDSC的挑战和现状。

Recent Progress of Quantum Dots Sensitized Solar Cells Employing Metal Chalcogenides，Journal of Materials Chemistry A，2019

DOI: 10.1039/C9TA10557C.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c9ta10557c#!divAbstract

2. 西工大深研院Solar RPL：碳纳米管掺杂SnO₂，提高钙钛矿电池的效率

氧化锡（SnO₂）作为平面钙钛矿太阳能电池（PSC）中的电子传输层（ETL）最近受到越来越多的关注。西北工业大学深圳研究院Xuanhua Li团队通过简单地热分解SnCl₄·5H₂O和预处理的CNT（称为SnO₂-CNT）的混合溶液来制造SnO₂和碳纳米管（CNT）的混合ETL。

CNT的添加可以提高SnO₂膜的电导率并降低SnO₂膜的陷阱态密度，这有利于载流子从钙钛矿层转移到ETL。在基于SnO₂-CNT ETL的无滞后PSC中实现了20.33％的高效率。

SnO₂–Carbon Nanotubes Hybrid Electron Transport Layer for Efficient and Hysteresis‐Free Planar Perovskite Solar Cells, Solar RPL

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.201900415

3. 中南大学Nano Energy：有意思！给钙钛矿吃块糖！！

中南大学Ying Yang和Xueyi Guo团队采用了MAPbI₃/琼脂糖光敏材料制备钙钛矿太阳能电池。未封装电池在有潮湿环境的情况下（湿度大于70％），其效率为14.66％，并在1392 h之后保留了90％的初始值。琼脂糖和MAPbI₃之间的分子水平相互作用使钙钛矿的晶界钝化，从而防止其降解。

此外，在钙钛矿层与空穴导电层之间的界面处形成Li⁺-琼脂糖络合物有效地防止了MAPbI₃层的吸水。琼脂糖对LiTFSI的钝化作用和吸湿性的最小化都会降低钙钛矿的分解速度，从而明显提高了器件的效率和稳定性。

MAPbI₃/agarose photoactive composite for highly stable unencapsulated perovskite solar cells in humid environment, Nano Energy

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104246

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551930953X

4. 西电Nano Energy：14.7%效率！CsPbI₂Br太阳能电池

氧化物/钙钛矿异质结接触对于实现高性能和稳定的钙钛矿太阳能电池（PSC）至关重要。西安电子科技大学Jingjing Chang团队制备了基于ZnO /钙钛矿异质结接触的CsPbI₂Br PSC，并以1.21 V的高开路电压（V_oc）实现了14.7％的效率转和高填充因子（FF）为81.42％。

与基于SnO₂的PSC相比，ZnO ETL和钙钛矿之间更好的能带排列有助于产生更大的内置电势，从而具有出色的电子提取能力和有效的界面复合抑制能力。更好的钙钛矿薄膜质量和改进的ETL/钙钛矿界面接触有助于提高基于ZnO的钙钛矿器件的空气和热稳定性。

Improve the Oxide/Perovskite Heterojunction Contact for Low Temperature High Efficiency and Stable All-inorganic CsPbI₂Br Perovskite Solar Cells, Nano Energy

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104241.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519309486

5. 香港理工大学JMCA: 次磷酸铵，助力锡基钙钛矿的太阳能电池的性能提升

FASnI₃等锡基卤化物钙钛矿在光伏应用中引起了广泛关注。然而，锡基钙钛矿太阳能电池的相对较低的效率和较差的长期稳定性阻碍了其实际应用。

香港理工大学的严峰团队次磷酸铵引入FASnI₃钙钛矿前体中，以抑制Sn²⁺的氧化并协助钙钛矿晶粒的生长，从而改善钙钛矿膜质量和降低缺陷密度，因此，器件效率和开路电压得到了明显提高。更重要的是，太阳能电池表现出长期稳定性的明显提高。 这项工作通过在前体溶液中引入次磷酸铵作为抗氧化剂，为提高锡基钙钛矿太阳能电池的性能提供了一种简便的方法。

Enhanced performance of tin-based perovskite solar cells induced

by ammonium hypophosphite additive，J. Mater. Chem. A, 2019

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c9ta08679j#!divAbstract

6. Small：高稳定性、低成本且高效的碳基钙钛矿太阳能电池

当今的钙钛矿太阳能电池（PSC）大多使用非常昂贵的组件（例如其会经常使用到贵金属作为背面触点等）且稳定性较差。这些问题为PSC的大规模制备带来了难题。近日，洛桑联邦理工学院Michael Grätzel团队报道了一种简单且低成本的PSC结构，分别采用无掺杂的TiO₂和CuSCN作为电子和空穴传输材料，并且用室温下沉积的石墨碳层作为背电触点。

所制备的的PSC在标准太阳光照下显示出超过18％的功率转换效率（PCE），并且在60°C全日照且在最大功率点的条件下，大于2000 h后其效率仍维持在初始效率的95％以上。 此外，CuSCN/碳基PSC在紫外线照射1000 后仍表现出杰出的稳定性，而在相似条件下，标准的spiro-MeOTAD/Au基标准器件则发生了严重降解。

Neha Arora, M. Ibrahim Dar, Seckin Akin, Ryusuke Uchida, Thomas Baumeler, Yuhang Liu, Shaik Mohammed Zakeeruddin, Michael Grätzel. Low‐Cost and Highly Efficient Carbon‐Based Perovskite Solar Cells Exhibiting Excellent Long‐Term Operational and UV Stability. Small, 2019.

DOI：10.1002/smll.201904746

https://doi.org/10.1002/smll.201904746

7. ACS Appl. Mater. Interfaces：溶胶凝胶法制备的ZnO薄膜中配体对钙钛矿太阳能电池的影响

溶胶-凝胶（SG）方法已被充分证明是一种制备ZnO薄膜的有校方法，该薄膜可作为高效钙钛矿太阳能电池（PSC）的优良电子传输材料（ETM）。通常，将包含乙酸锌二水合物和稳定配体单乙醇胺（EA）的前体膜退火以获得ZnO膜。值得注意的是，通常文献报道的的ZnO退火温度（Ta）在150-600°C的宽范围内。近日，兰州大学曹靖团队研究了退火温度对薄膜组成的影响，并首先证实了当Ta低于380°C时，乙酸盐和EA物种共存。

当Ta在380至450°C之间时，EA在ZnO薄膜中仍然存在。当Ta超过450℃时，可以获得纯的ZnO膜。配体的存在也显着改变了相应的ZnO样品的功函数，因此，使用ZnO样品作为ETM，对PSC的效率和稳定性产生明显不同的影响。这项工作从分子的角度为通过SG方法制备的ZnO薄膜提供了更清晰的理解，从而促进了它们在光电领域的应用。

Haixia Liang, Yi-Chen Hu, Yiran Tao, Binghui Wu, Yiying Wu, Jing Cao. Existence of Ligands within Sol-gel-derived ZnO Films and Their Effect on Perovskite Solar Cells. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019.

DOI：10.1021/acsami.9b13278

https://doi.org/10.1021/acsami.9b13278

8. 周欢萍AEM: 间隔阳离子的相互作用助力高效稳定的层状二维钙钛矿太阳能电池

层状2D（A₁）₂（A₂）_n-1B_nX_{3n + 1}钙钛矿材料改善了所得太阳能电池的长期稳定性，但由于载流子生成/传输不良而阻碍了其功率转换效率。因此，需要合理的指导方针来设计有机间隔阳离子（A₁）。近日，北京大学周欢萍研究团队在层状二维钙钛矿中使用混合的A₁阳离子来研究烷基胺阳离子和不饱和烷基胺阳离子之间的相互作用。

研究人员揭示了烷基胺间隔阳离子能够促进前驱体组装，这导致钙钛矿晶体的定向生长。不饱和的烷基胺阳离子进一步导致激子结合能降低，从而改善了2D钙钛矿中载流子的传输。通过混合两种阳离子，所制备的光伏电池的开路电压显著提高，效率为15.46％，这是基于（A₁）₂（A₂）₃Pb₄I₁₃层状2D钙钛矿的最高效率之一。设计原理的通用性可进一步扩展到其他阳离子组合。

Zhou, H. et al. The Spacer Cations Interplay for Efficient and Stable Layered 2D Perovskite Solar Cells. AEM 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201901566

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901566

9. EES：基于石墨烯的高效稳定的钙钛矿太阳能电池

碳基钙钛矿太阳能电池（C-PSC）逐渐成为低成本的光伏电池。然而，它们的功率转换效率（PCE）仍然偏低。近日，大连理工大学Yantao Shi教授团队介绍了一种创新的模块化PSC设计，该设计使用了碳背电极，该碳背电极通过使用另一种碳涂层FTO玻璃覆盖，大大降低了薄层电阻和厚度，且这两个单独的元素可以反复组装和分离。此外，在各种商业碳源（碳黑，石墨片和石墨烯）中，石墨烯表现出最佳的整体性能。

石墨烯基PSC（G-PSC）的PCE为18.65％，是迄今为止报道的C-PSC最高效率之一。此外，经过优化的无封装器件在85℃的高温下老化1000小时后仍保留了其初始PCE的90％。值得注意的是，G-PSC具有显著的结构灵活性，在反复拆卸和组装超过500个循环后，PCE的降解几乎可以忽略不计。我们的系统通过模块化互连为PSC的提供了一种便捷的方法，相关策略可能也会扩展到其他设备。

Chunyang Zhang, Shi Wang, Hong Zhang, Yulin Feng, Wenming Tian, Ying Yan, Jiming Bian, Yuchen Wang, Shengye Jin, Shaik Mohammed Zakeeruddin, Michael Grätzel, Yantao Shi. Efficient Stable Graphene-based Perovskite Solar Cells with High Flexibility in Device Assembling via Modular Architecture Design. Energy Environ. Sci., 2019.

DOI：10.1039/C9EE02391G

https://doi.org/10.1039/C9EE02391G

10.  Chem. Sci.：全无机量子点辅助的高效，稳定钙钛矿太阳能电池

尽管实现了高功率转换效率（PCE），但有机卤化物钙钛矿仍然存在长期稳定性问题。特别是多晶钙钛矿薄膜的晶界被认为是光生载流子的巨大俘获位点，因此在电荷传输动力学中起着重要作用。近日，印度科学教育与研究所Sayan Bhattacharyya团队通过晶界修饰表面工程解决了该问题。

独特的量子点（QD）辅助晶界修饰方法已用于创建单片晶粒，无针孔钙钛矿薄膜，其中全无机CsPbBr_xI_3-x（x=1-2）QD起到了关键作用。与未经修饰的膜中的晶粒相比，量子点填充的晶界促进了具有1-2μm钙钛矿晶粒的致密膜的形成。通过QD改性制造的太阳能电池的PCE约为16.5％，且其稳定性得到了显著改善，其环境耐久性约为720 h。

Dibyendu Ghosh, Dhirendra K. Chaudhary, Md. Yusuf Ali, Kamlesh Kumar Chauhan, Sayan Prodhan, Sayantan Bhattacharya, Barun Ghosh, P. K. Datta, Sekhar C. Ray, Sayan Bhattacharyya. All-inorganic quantum dot assisted enhanced charge extraction across the interfaces of bulk organo-halide perovskites for efficient and stable pin-hole free perovskite solar cells. Chem. Sci., 2019.

DOI：10.1039/C9SC01183H

https://doi.org/10.1039/C9SC01183H

11. Nano Energy：基于钙钛矿与聚环氧乙烷共结晶的钙钛矿太阳能电池

近年来，混合钙钛矿材料在太阳能电池领域受到了广泛的关注。然而，实现无磁滞，稳定和高效的钙钛矿太阳能电池仍然是一个挑战。近日，阿克伦大学Xiong Gong团队报道了一种利用聚环氧乙烷螯合钙钛矿的策略，聚环氧乙烷与钙钛矿形成氢键，从而减少了动力学驱动的点缺陷的形成，最大程度地减少了电荷载流子的重组并提高了态密度的分布。

与参考器件相比，在未封装的前提下，溶液处理过的钙钛矿太阳能电池具有稳定的功率转换效率，无磁滞特性，并且在相对较高的湿度下具有显着改善的环境贮存稳定性和热稳定性，而参考器件的功率转换效率却极其不稳定，磁滞更高且稳定性较差。该项研究表明与聚合物共结晶的钙钛矿杂化材料的开发是改善钙钛矿太阳能电池性能的有效方法。

Kai Wang, Luyao Zheng, Tao Zhu, Lei Liu, Matthew L.Becker, Xiong Gong. High performance perovskites solar cells by hybrid perovskites co-crystallized with poly(ethylene oxide). Nano Energy, 2019.

DOI：10.1016/j.nanoen.2019.104229

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104229

12. AEM：600 nm的有源层，效率还能大于10%！高性能厚膜非富勒烯有机太阳能电池

开发具有与卷对卷大面积印刷工艺兼容的厚活性层高效有机太阳能电池（OSC）是该领域商业化的必然要求。然而，典型的OSC通常会显示出具有100 nm左右的最佳厚度且起活性层具有极低的厚度公差，这并不适用于卷对卷工艺。近日，南开大学陈永胜教授团队展示了使用非富勒烯受体F-2Cl和聚合物供体PM6的厚膜高效有机太阳能电池。在优化条件下，所制备反向结构器件的功率转换效率（PCE）为13.80％，正置结构器件的PCE为12.83％。

对于有源层厚度为500 nm的倒置器件，其PCE为9.03％。值得注意的是，当有源层的膜厚为达到600 nm时，正置结构器件的PCE仍超过10％，这是在有如此厚度有源层下NF-OSC的最高值。作者还发现，正置器件和倒置器件之间的性能差异归因于它们在有源层中不同的垂直相分离特性。

Yamin Zhang, Huanran Feng, Lingxian Meng, Yanbo Wang, Meijia Chang, Shitong Li, Ziqi Guo, Chenxi Li, Nan Zheng, Zengqi Xie, Xiangjian Wan, Yongsheng Chen. High Performance Thick‐Film Nonfullerene Organic Solar Cells with Efficiency over 10% and Active Layer Thickness of 600 nm. Adv. Energy. Mater., 2019.

DOI：10.1002/aenm.201902688

https://doi.org/10.1002/aenm.201902688