太阳能电池周刊丨鲍哲南、黄劲松、谭海仁、杨上峰、何祝兵等前沿成果集锦丨1202-1208

纳米人

2019-12-19

1. 雷纳科技&美国西大Joule: 10.1％认证效率！20.1 cm²的OPV模组

雷纳科技有限公司Yi-Ming Chang和美国西北大学Antonio Facchetti, TobinJ. Marks团队开发一系列易于获得且可规模化的TPD -T2型供体聚合物用于与非富勒烯受体IT-4F混合的有机光伏（OPV）电池。

所有聚合物都容易溶于无氯溶剂（例如二甲苯）中，并且相应的光活性共混膜可以在环境中用该溶剂进行加工，从而制备出了效率（PCE）12％–14％的电池。在室温下用良性溶剂加工的OPV模组具有20.1 cm²面积的认证PCE为10.1％，稳定性优异。在室内照明条件下，同一模组还提供约40 μW/ cm²（PCE约22％）的功率。

Processing Strategies for an OrganicPhotovoltaic Module with over 10% Efficiency，Joule, 2019

DOI: 10.1016/j.joule.2019.11.006

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119305367

2. 江汉大学AFM:δ-CsPbI₃中间相辅助多元钙钛矿薄膜连续沉积

江汉大学Yumin Liu和Xing‐Zhong Zhao团队首次展示了δ-CsPbI₃中间相生长（CsPbI3-IPG）辅助连续沉积方法。该方法不仅实现了将可控制的铯掺入（FAPbI₃）_1-x（MAPbBr₃）_x钙钛矿中，而且还扩大了钙钛矿晶粒，操纵了结晶，调节了带隙并提高了最终钙钛矿薄膜的稳定性。

系统研究了基于这些Cs/FA/MA钙钛矿薄膜和各种δ-CsPbI₃中间相的器件的光伏性能。得益于适度的铯掺入和中间相辅助的晶粒长大，优化后的Cs/FA/MA钙钛矿型太阳能电池表现出显著提高的效率和未封装器件的稳定性。这种简便的策略通过顺序沉积方法，为具有更大晶粒和更高稳定性的多元钙钛矿材料的成分工程提供了新的见解。

δ‐CsPbI₃ Intermediate PhaseGrowth Assisted Sequential Deposition Boosts Stable and High‐Efficiency TripleCation Perovskite Solar Cells， AFM，2019

DOI: 10.1002/adfm.201908343

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201908343

3. Toney&鲍哲南JACS: 微调聚合物自聚集和结晶度，实现高性能印刷全聚合物太阳能电池

聚合物的聚集和结晶行为在全聚合物太阳能电池（all-PSC）的性能中起着至关重要的作用。然而，通过分子设计获得对聚合物自组装的控制以影响体-异质结活性层的形态仍然具有挑战性。斯坦福大学鲍哲南和SLAC 国家加速器实验室Michael F. Toney团队报道了一种简单而有效的方法，可以通过用致密的大体积侧链取代一定数量的烷基侧链，来调节常用的受体聚合物（N2200）的自聚集（CBS）。

与高度自聚集的N2200相比，光伏结果表明，将更多无定形受体聚合物与供体聚合物（PBDB-T）共混可以使all-PSCs的效率显著增加（高达8.5％），较高的短路电流密度是由较小的聚合物相分离域尺寸引起的。研究表明，活性层的较低结晶度对膜沉积方法较不敏感，可以容易地实现从旋涂到刮涂的过渡而没有性能损失。高度无定形的受体聚合物似乎诱导形成较大的供体聚合物微晶。这些结果凸显了供体和受体聚合物之间平衡的聚集强度对于获得具有最佳活性层膜形态的高性能全PSC的重要性。

Fine-Tuning Semiconducting PolymerSelf-Aggregation and Crystallinity Enables Optimal Morphology andHigh-Performance Printed All-Polymer Solar Cells，J. Am. Chem. Soc. 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b10935

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b10935

4. 南工大&上海光源AM: 红碳量子点+SnO₂，22.77％效率的钙钛矿电池

南京工业大学的陈永华和上海光源的高兴宇，Yingguo Yang团队报道了一种有效的复合电子传输层（ETL）。该ETL是由富含羧酸和羟基的红碳量子点掺杂低温固溶处理的SnO₂构成的。SnO₂的电子迁移率从9.32×10^-4到1.73×10^-2 cm² V^-1 s^-1增加了约20倍。基于这种新型SnO₂ ETL的平面钙钛矿太阳能电池显示出高达22.77％的效率。

Red‐Carbon‐Quantum‐Dot‐Doped SnO₂Composite with Enhanced Electron Mobility for Efficient and Stable PerovskiteSolar Cells

https://doi.org/10.1002/adma.201906374

5. JMCA: 钙钛矿太阳能电池的添加剂工程研究进展

太阳能是一种清洁的能源，可以满足日益增长的全球能源需求。在所有的光收集器件中，钙钛矿太阳能电池（PSC）因为它们具有令人难以置信的转换效率（认证的PCE为24.2％），并且具有降低成本和简化的制造过程成为下一代光伏（PV）技术的关注中心。然而，在界面和晶界处存在许多传输势垒和缺陷陷阱状态会对PSC产生负面影响，从而降低了效率，稳定性并增加了磁滞效应。进一步控制钙钛矿层中的形貌，晶界，晶粒尺寸，电荷复合和缺陷态密度对于提高光伏性能和稳定性是必需的。

有鉴于此，麻省理工Mohammad Mahdi Tavakoli、Pankaj Yadav总结了PSC中相关添加剂工程的研究进展，包括物理和化学钝化以及使用各种有机和无机添加剂来解决这些问题。因为钙钛矿层中的晶界和表面缺陷在复合，载流子寿命和电荷传导中起着重要作用，所以作者主要关注钙钛矿活性层中的钝化技术及其对PSC光伏性能和稳定性的影响。

Tavakoli, M. M. Yadav, P. etal. A Review on the Aspects of Additive Engineering in Perovskite Solar Cells.JMCA 2019.

DOI: 10.1039/C9TA07657C

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/ta/c9ta07657c

6. 谭海仁AEM: 22.2％效率！SnO₂-KCl复合电子传输层助力高效钙钛矿电池

谭海仁团队报道了一种使用SnO₂-KCl复合材料作为电子传输层的平面钙钛矿太阳能电池，SnO₂-KCl复合材料具有接触和晶界钝化的双重功能。当采用组成为（FAPbI₃）_0.95（MAPbBr₃）_0.05的钙钛矿型太阳能电池时，该策略可将开路电压从1.077 V提高到1.137 V，相应的效率从20.2％提高到22.2％。

SimultaneousContact and Grain‐Boundary Passivation in Planar Perovskite Solar Cells UsingSnO₂‐KCl Composite Electron Transport Layer，AEM，2019

https://doi.org/10.1002/aenm.201903083

7. 黄劲松Sci. Adv.: 量身定制溶剂配位，高速室温刮涂大面积钙钛矿薄膜

小面积钙钛矿光伏电池的效率已提高到25％以上，而大多数报道的制造方法无法转移到可扩展的制造工艺中。黄劲松团队报告了一种通过调整溶剂配位能力在环境条件下以99 mm/s的速度快速刮除大面积钙钛矿薄膜的方法。

将挥发性非配位溶剂与Pb²⁺和低挥发性配位溶剂混合使用，可以在室温下实现快速干燥和较大的钙钛矿晶粒。可复制的制造产生的模块认证效率为16.4％，面积为63.7 cm²。该方法可以用于各种钙钛矿组合物。钙钛矿组件还显示出-0.13％/°C的较小温度系数，经过58次遮光后几乎可以完全恢复效率，远好于商用硅和薄膜太阳能组件。

Tailoring solvent coordination for high-speed,room-temperature blading of perovskite photovoltaic films, Science Advances,2019

DOI: 10.1126/sciadv.aax7537

https://advances.sciencemag.org/content/5/12/eaax7537

8. JMCA综述: 高效无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池

在过去的十年中，钙钛矿太阳能电池（PSC）取得了巨大的成功，其效率可与传统硅基器件相媲美。在商业化的道路上，降低生产成本和降低工艺的复杂性将更具竞争力，因此，无空穴传输层倒置（无HTL）PSC得以开发，并引起了广泛的关注。迄今为止，倒置无HTL的PSC的效率已经超过20％，并且在连续照明1000h后可以保持90％的初始效率，显示出其巨大的应用潜力。

近日，青岛科技大学Zhongmin Zhou联合中国科学院青岛生物能源与过程研究所Shuping Pang总结了无HTL倒置PSC的发展和进展。作者讨论了无HTL倒置结构（包括柔性和半透明器件）的通用性和稳定性。最后，提出了有前途的研究方向，以进一步推进无HTL倒置PSC的商业化。

Zhou, Z. Pang, S.Highly efficient inverted hole-transport-layer-free perovskite solar cells.JMCA 2019.

DOI: 10.1039/C9TA10694D

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/ta/c9ta10694d

9. Nano Energy: 3.6％记录效率！无铅铋基钙钛矿太阳能电池

由于铅基有机-无机杂化电池的铅毒性，铋基无铅钙钛矿太阳能电池是其有希望的替代材料之一，但是基于单组分三卤化铋的器件的效率较差。中科大的杨上峰，国家纳米中心的丁黎明和吉林大学的Lijun Zhang团队构建了原位相分离的Cs₃Bi₂I₉和Ag₃Bi₂I₉组分组成的体异质结（BHJ）铋基钙钛矿太阳能电池，实现了创纪录的3.6％的效率和高开路电压达到0.89 V。

BHJ结构的形成导致Cs₃Bi₂I₉的晶粒尺寸增加，并且Ag₃Bi₂I₉的晶粒取向最佳化，并且实现了II型能带对准，从而有利于激子分离和电荷载流子传输。Cs₃Bi₂I₉-Ag₃Bi₂I₉ BHJ器件表现出极好的热稳定性，在85 ^oC下加热450 h后，仍保持约90％的初始效率。在概念验证方面的突破为高效无铅钙钛矿太阳能电池铺平了道路。

BulkHeterojunction Gifts Bismuth-Based Lead-Free Perovskite Solar Cells with RecordEfficiency, Nano Energy, 2019

DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104362.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519310766

10. 南方科大 Nano Energy: 20.86％效率！N型共轭聚合物电子传输层助力高效钙钛矿电池

富勒烯及其衍生物通常在倒钙钛矿太阳能电池（PSC）中用作电子传输层（ETL），因为它们显示出合适的能带排列和良好的电子迁移率。但是，基于富勒烯的ETL通常会由于界面缺陷而导致低开路电压，并且其光化学和热稳定性也很差。南方科大的何祝兵和Xugang Guo 团队将两种n型聚合物PBTI和PDTzTI用作反向PSC中的ETL，它们分别是基于联噻吩酰亚胺和噻吩噻唑酰亚胺的。

由于PDTzTI ETL具有高电子迁移率，良好的能级配准以及界面陷阱/缺陷的钝化，因此其最佳效率为20.86％，优于PBTI和PCBM ETL。由于具有高度疏水性和聚合物的可移动离子阻断能力，与PCBM相比，基于PDTzTI ETL的器件还具有出色的长期和运行稳定性。结果表明，合理选择ETL对倒置平面PSC中的器件效率和稳定性有很大影响，而新型n型聚合物可能是倒置平面PSC中理想的替代ETL。

N-type conjugated polymer as efficientelectron transport layer for planar inverted perovskite solar cells with powerconversion efficiency of 20.86%

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104363

11. Mater. Horiz.：通用绿色反溶剂作用于中间相控制的高效甲基钙钛矿太阳能电池的机理

钙钛矿太阳能电池（PSC）具有许多出色的性能，因而被认为是下一代能源领域的佼佼者。然而，尽管已将许多反溶剂用于处理具有不同组成的各种钙钛矿，但其结晶机理仍不清楚。近日，上海交通大学Chun-Chao Chen和香港大学Wallace C. H. Choy团队研究了一系列绿色反溶剂（即乙醚，乙醚，茴香醚，二异丙醚（DIE）和二丁醚）对钙钛矿结晶的影响。

作者发现中间相的形成在很大程度上取决于反溶剂的极性。确实，通过明智地控制反溶剂的极性，有可能形成纯的中间相，而没有PbI₂或钙钛矿相，且通过热退火，钙钛矿的结晶得到改善。经过一系列表征，作者将DIE鉴定为具有通用钙钛矿相容性的绿色反溶剂，对于Cs/FA，FA/MA，Cs/FA/MA，获得的最高PCE分别为20.05％, 20.15％,21.26％ 。此外，这些具有高PCE的PSC可重复性得到明显提高。这项工作有助于理解反溶剂的极性，也为生产PSC提供了更绿色的方法。

Luyao Wang, Xin Wang, Lin-Long Deng, ShibingLeng, Xiaojun Guo, Ching-Hong Tan, Wallace C.H. Choy, Chun Chao Chen. TheMechanism of Universal Green Antisolvent for Intermediate Phase ControlledHigh-Efficiency Formamidinium-Based Perovskite Solar Cells. Mater. Horiz.,2019.

DOI：10.1039/C9MH01679A

https://doi.org/10.1039/C9MH01679A