太阳能电池前沿每周精选丨1104-1108

纳米人

2019-11-13

1. SeoK最新Science：23.7%效率！稳定的α-FAPbI₃钙钛矿电池

通常，包含FA，MA，铯，碘和溴离子的混合阳离子和阴离子可用于稳定钙钛矿太阳能电池中基于FA的三碘化铅（FAPbI₃）的黑色α相。但是，诸如MA，铯和溴之类的添加剂会扩大其带隙并降低热稳定性。Sang Il Seok团队通过掺杂二氯化亚甲基二铵（MDACl₂）稳定了α-FAPbI₃相，并获得了26.1至26.7mA cm^-2的认证短路电流密度。

经过认证的功率转换效率（PCE）为23.7％，在运行600小时后，在包括紫外线在内的环境条件下，在完全阳光照射下跟踪最大功率点，可以保持超过90％的初始效率。即使在150°C的空气中退火20小时后，未封装的器件也保留了其初始PCE的90％以上，并且相对于通过MAPbBr₃使FAPbI₃稳定的控制器件，其具有出色的热稳定性和湿度稳定性。

Efficient, stable solar cells by using inherent bandgap of α-phase formamidinium lead iodide, Sicence.

https://science.sciencemag.org/content/366/6466/749/tab-figures-data

2. 苏州大学ACS Energy Lett.: 11.2％最佳效率！ PbS量子点太阳能电池

苏州大学马万里和Jianyu Yuan团队提出了一系列共轭聚合物（PBDB-T，PBDB-T（Si），PBDB-T（S），PBDB-T（F）），用于PbS量子点太阳能电池作为聚合物空穴传输层（HTM）。

通过聚合物侧链工程，优化了模型聚合物PBDB-T，以调节能级，增加空穴迁移率，改善固态有序性，增加自由载流子密度。基于改性聚合物PBDB-T（F）的量子点太阳能电池表现出11.2％的最佳效率。优于基于传统PbS-1,2-乙二硫醇HTM的器件（10.6％），这是基于有机HTM的PbS太阳能电池的最高效率。

Towards Scalable PbS Quantum Dot Solar Cells using Tailored Polymeric Hole Conductor，ACS Energy Lett. 2019

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02301

3. 南京邮电大学Nano Energy: 有机VOx原位构建梯度异质结以高效稳定钙钛矿太阳能电池

南京邮电大学黄维院士，Wenzhen Lv和Runfeng Chen团队通过低温退火原位构建了基于PEDOT：PSS/ PEDOT：PSS-VO_x的梯度异质结（GHJ），并将其用作倒置PSC的HTL。通过在旋涂过程中将少量三异丙氧基钒氧化物异丙醇溶液掺入PEDOT：PSS溶液中而制造的这种GHJ结构可以有效地促进电荷分离并提高电荷提取效率，从而在使得PSC的V_oc达1.02 V，并且效率（PCE）升到18.0％。

由于在主要在HTL的表面上形成高功函数VO_x之后，与PEDOT：PSS层相比，PEDOT：PSS-VO_x疏水性更高的表面和更低的酸度，基于GHJ的PSC表现出出色的长期稳定性。这些结果说明了在使用有机VOx前体的梯度结构中原位形成的VOx修饰的HTL的明显优势，为构建高效高效且稳定的倒置PSC的GHJ提供了重要指导。

In situ Construction of Gradient Heterojunction using Organic VOx Precursor for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519309516

4. AEM: 21.02％效率&5.13％EQE效率！2D/3D钙钛矿大显身手

三星先进技术研究所Dongwook Lee，庆熙大学Suk‐Ho Choi和洛桑联邦理工学院Mohammad Khaja Nazeeruddin团队采用界面工程的钙钛矿2D/3D-异质结结构实现了多功能器件。在AM1.5下，钙钛矿太阳能电池表现出高达21.02％的效率，并且在发光二极管上具有5.13％的外部量子效率。这种新现象归因于载流子转移，导致高载流子密度和2D/3D界面处增强的载流子复合。

Dimensionally Engineered Perovskite Heterostructure for Photovoltaic and Optoelectronic Applications，AEM

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201902470

5. 陈永胜Nature Electronics: 16.5％效率！水系银纳米线电极的柔性有机光伏器件

有机电子设备的关键特征是其机械灵活性。然而，柔性有机光电器件的性能仍落后于刚性基底上的器件的性能。这尤其是由于缺乏同时提供低电阻、高透明度和光滑表面的柔性透明电极。陈永胜团队报道了使用水处理的银纳米线和聚电解质制成的柔性透明电极。

由于离子静电电荷的排斥，纳米线在一个步骤中形成栅格状结构，从而形成光滑，柔软的电极，其薄层电阻约为10 Ω^-1，透射率约为92％（不包括基底）。为了说明该方法在有机电子学中的潜力，使用柔性电极构建有机光伏器件。该设备经过不同类型的供体和受体测试，其性能可与基于商用刚性电极的设备相媲美。此外，单结和串联器件分别实现了13.1％和16.5％的效率。

Flexible organic photovoltaics based on water-processed silver nanowire electrodes，Nature Electronics (2019)

https://www.nature.com/articles/s41928-019-0315-1

6. ACS Energy Lett.: 引入双功能阳离子可使钙钛矿太阳能电池在超过80°C的温度下稳定

近年来，已经报道了具有高效率的钙钛矿太阳能电池（PSC）。因此，阻碍其商业化的主要障碍是其差的热稳定性。洛桑联邦理工学院Mohammad Khaja Nazeeruddin，Paul J. Dyson和意大利理工学院Filippo De Angelis团队报道了一种A位阳离子（2-氯乙基铵），该阳离子可以使得ABX₃钙钛矿在高温（> 80°C）下稳定，而在基于甲基铵碘化铅（MAPI）的PSC的效率超过19％ 。

Vacuum Deposited 2D/3D Perovskite Heterojunctions，ACS Energy Lett. 2019

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02224

7. AFM: 基于In（Zn）As–In（Zn）P–GaP–ZnS量子点的高效近红外发光二极管

近红外(NIR)照明在新的面部识别技术和眼睛跟踪设备中扮演着越来越重要的角色，在这些领域中需要隐蔽的和不可见的照明。传统的基于GaAs的二极管目前无法满足这些要求。胶体量子点（QD）和新兴的钙钛矿发光二极管（LED）可能填补了这一空白，但受限制其重金属物质（例如镉或铅），很难实现商业化应用。

近日，新加坡国立大学Zhi-Kuang Tan研究团队报道了一种基于无重金属的In（Zn）As–In（Zn）P–GaP–ZnS量子点新型近红外发射二极管。量子点采用连续注入合成方法制备，具有巨大的壳结构，并在850 nm处显示强烈的光致发光，其量子效率高达75％。基于ITO / ZnO / PEIE / QD / Poly-TPD / MoO₃ / Al的电致发光器件，实现了4.6％的高外部量子效率和8.2 W sr^-1 m^-2的最大辐射率。对于采用胶体III–V半导体QD系统的NIR器件而言，该工作在性能的突破上取得重大进展，并且可能会在新兴的消费电子产品中找到重要的应用。

Tan, Z.-K. et al. Efficient Near-Infrared Light-Emitting Diodes based on In(Zn)As–In(Zn)P–GaP–ZnS Quantum Dots. AFM 2019.

DOI:10.1002/adfm.201906483

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201906483

8. AEM:增强的原子层成核沉积接触提高了钙钛矿太阳能电池在空气中的稳定性

确保长期稳定性是钙钛矿光伏器件的首要任务。近日，斯坦福大学Stacey F. Bent研究团队将2 nm 厚的PEIE层功能化C₆₀的表面，随后将SnO2原子沉积（ALD）的在上面。研究发现，这一改进将增强成核作用，产生更连续的初始ALD SnO₂层，该层表现出优异的阻隔性能，在直接暴露于高温（200°C）和水中时可保护Cs_0.25FA_0.75Pb（Br_0.20I_0.80）₃膜。

这种类型的“内置”势垒层减轻了外部封装无法解决的降解途径，同时保持高达18.5％的高器件效率。这种成核策略也扩展到了ALD VOx膜，具有一定的普适性。

Bent, B. E. et al. Enhanced Nucleation of Atomic Layer Deposited Contacts Improves Operational Stability of Perovskite Solar Cells in Air. AEM 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201902353.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201902353

9. JMCA: 厉害的很！环境空气中高效CsPbI₃太阳能电池的制备

近年来，CsPbI₃钙钛矿太阳能电池（PSC）由于其令人称赞的光电性能和增强的热稳定性而不断刷新功率转换效率（PCE）。但是，CsPbI₃对湿气非常敏感，因此，大多数制备工艺都是在氮气环境的手套箱内进行的。这种繁琐而严格的操作条件将限制CsPbI₃ PSC的商业化。近日，陕西师范大学Zhuo Xu、Shengzhong (Frank) Liu联合兰州大学Zhiwen Jin、国家纳米科学技术中心Liming Ding在大气环境中通过一种简单的一步反溶剂热基底（Anti-hot）旋涂方法制备了高质量CsPbI₃膜。

研究人员认为预热的基底通过改变混合溶剂的饱和蒸气压将前驱物浓度加速至过饱和极限。同时，反溶剂法可能引起异相成核。因此，可以有效地控制环境湿度下的成核生成和晶粒长大，并抵抗分子水的侵蚀和破坏。最终，可以获得均匀且致密的CsPbI₃膜，并且相应的PSC在高湿度环境（RH，〜50％）下可获得高达15.91％的冠军PCE。该工作探索了一种在环境条件下获得高质量CsPbI₃膜的有效方法，为后续相关工作开展提供了有意义的指导。

Xu, Z. Liu, S. Jin, Z. Ding, L. et al. Humidity-Insensitive Fabrication of Efficient CsPbI₃ Solar Cells in Ambient Air. JMCA 2019.

DOI: 10.1039/C9TA10597B

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/ta/c9ta10597b

10. JMCA: 25.5%转换效率！钙钛矿/硅串联太阳能电池

钙钛矿/硅串联技术已成为一种低成本且高效利用太阳能的有前景的策略。 然而，在低强度照明下硅底部电池的性能降低仍然阻碍了整个光伏器件的性能。近日，南京航空航天大学Yimin Xuan联合武汉理工大学Yong Peng采用了V形串联结构以及低寄生吸收钨掺杂的氧化铟（IWO）透明电阳极实现硅子电池入射光强度100％的增强 并将硅子电池的开路电压（V_oc）提升到0.719 V的值。

通过使用效率为21.13％的硅太阳能电池，串联系统获得了 25.57％累积效率为（硅电池为9.43％）。 此外，当入射角在±25°范围内变化时，V形串联系统可以保持73％以上的输出功率。

Xuan, Y. Peng, Y. et al. A perovskite/silicon hybrid system with solar-to-electric power conversion efficiency of 25.5%. JMCA 2019.

DOI: 10.1039/C9TA10712F

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/ta/c9ta10712f

11. 洛桑联邦理工学院EES:能带弯曲诱导的钙钛矿钝化，号称最强有力的钝化策略！

钙钛矿吸光层的表面钝化是提高光伏性能的关键因素。 到目前为止，还未有报道强有力的钝化策略。 近日，洛桑联邦理工学院Mohammad Khaja Nazeeruddin研究团队展示了一种通过改善表面态来控制钙钛矿表面的费米能级的钝化策略。 这种费米能级控制在钙钛矿的表面和主体之间引起了能带弯曲，从而增强了从吸收体主体到HTM的空穴提取。

另外一个好处是，无机钝化层改善了器件的光稳定性。通过在整个器件上沉积厚的保护层，可获得优异的防水效果。基于这种策略提升了器件的转换效率（从20.5％提高到22.1％）。该工作揭示了这些钝化机理，并使用了过氢聚（硅氮烷）（PHPS）衍生的二氧化硅来控制钙钛矿的表面状态，将为钙钛矿钝化策略提供有意义指导。

Band-bending induced passivation: high performance and stable perovskite solar cells using perhydropoly(silazane) precursor. EES 2019.

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/ee/c9ee02028d

12. 化学所AM: 13.7％效率! 二元小分子太阳能电池最高值

中科院化学所Xiaozhang Zhu团队选择了基于电子给体BSFTR和受体Y6的理想材料组合来构建小分子太阳能电池（SMSC）。 通过形态优化，可实现13.69％的非凡功率转换效率和0.48 eV的极低能量损耗，这得益于匹配的光电性能，良好的共混物形态，是迄今为止报道的最佳二元SMSC性能。

13.7% Efficiency Small‐Molecule Solar Cells Enabled by a Combination of Material and Morphology Optimization，AM. 2019

https://doi.org/10.1002/adma.201904283

13. 莱斯大学AM: 缺陷工程助力高效全无机钙钛矿太阳能电池制备

莱斯大学Jun Lou团队通过对CsPbI₃进行缺陷工程制备了一种新的全无机钙钛矿材料CsPbI₃：Br：InI₃。这种新的钙钛矿保留了与CsPbI₃相同的带隙，但是内在的缺陷浓度得到了很大的抑制。 而且，它可以在极高湿度的气氛中制备。 通过完全消除传统钙钛矿太阳能电池（PSC）中不稳定且昂贵的组件，这些全无机PSC具有高光伏性能

Defect‐Engineering‐Enabled High‐Efficiency All‐Inorganic Perovskite Solar Cells，AM

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903448

14. Acc. Chem. Res.：机械钙钛矿的光伏应用：制备，表征和器件制造

杂化有机-无机金属卤化物钙钛矿（MHP）已成为下一代薄膜光伏技术最有潜力的材料之一。然而，进一步增强MHP和太阳能电池设备的稳定性仍旧是一大挑战。此外，钙钛矿的光电性能对所使用的合成策略高度敏感，例如，MHP的制备通常依赖于基于溶液的方法，通过湿法制备的MHP在母液的长期储存中会发生组成变化，这可能进一步导致钙钛矿膜化学计量的改变和物理化学性质的改变。近年来，机械化学已成为传统合成的绿色替代品。

近日，华沙理工大学Janusz Lewiński团队报道了在MHP的化学反应中有效使用机械力以及组装太阳能电池设备的文章。作者重点介绍了自己团队所取得的里程碑以及其他团队的开创性贡献。特别地，作者证明了机械化学有效地形成各种相的杂化铅和无铅卤化物钙钛矿组合物（称为“机械钙钛矿”）。通过集成先进的固态分析方法，例如粉末X射线衍（pXRD），固态核磁共振（ss-NMR）和UV-vis，可以大大提高无溶剂固态合成的进展。此外，这种机械钙钛矿薄膜对薄膜化学计量的控制更加完美，且具有更好的重复性，稳定性和材料相纯度等优势。

Daniel Prochowicz, Marcin Saski, Pankaj Yadav, Michael Grätzel, Janusz Lewiński. Mechanoperovskites for Photovoltaic Applications: Preparation, Characterization, and Device Fabrication. Acc. Chem. Res., 2019.

DOI：10.1021/acs.accounts.9b00454

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00454