纳米人

光伏周刊丨Nature Energy, Chem. Rev., JACS, Angew最新进展0120-0126

纳米人
2020-02-03


1. Adv. Sci.: 22%效率！乙酸辅助高效钙钛矿太阳能电池的制备

新南威尔士大学Anita W. Y. Ho‐Baillie 和苏州大学马万里团队研究发现，乙酸（Ac）用作制备具有优异光电性能的钙钛矿薄膜的反溶剂。研究表明，Ac不仅可以减少钙钛矿膜的粗糙度和残留的PbI2，而且富含电子的羰基产还可以生钝化作用。在0.159 cm2面积上，对Cs0.05FA0.80MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3的器件效率为22.0％，对Cs0.05FA0.90MA0.05PbPb(I0.95Br0.05)3的器件效率为23.0％。

       

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AceticAcid Assisted Crystallization Strategy for High Efficiency and Long‐Term Stable Perovskite SolarCell, Advanced Science, 2020

https://doi.org/10.1002/advs.201903368

 

2. AM综述：可充电电池和钙钛矿太阳能电池中活性材料的表界面调控

对清洁可持续能源的需求不断增长，推动了世界范围内对能源转换和储能装置的新型活性材料的设计和开发的巨大投资。设计不同材料之间的表界面是实现高能量密度电池和高效太阳能电池的最可靠和最佳研究途径之一。金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）是最有前途的光伏材料之一，其功率转换效率（PCE）在不到10年内飙升至超过25%，这种进展主要是通过控制结晶度和表面/界面缺陷实现的。

 

可充电电池（RBs）通过电极和电解质之间的界面上的氧化还原反应，能够可逆地转换电能和化学能。有源组件之间的（电）化学和光电兼容性是优化功率转换和能量存储性能的基本设计考虑因素。基于此，北京科技大学田建军和华盛顿大学曹国忠等人对这些器件中活性材料的界面和界面间的形成和功能进行了重点讨论和关键分析，并描述了用于克服当前挑战的前瞻性策略。这些策略主要围绕着控制RBs和PSCs的各种界面的化学成分、缺陷、稳定性和钝化。


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Interphases,Interfaces, and Surfaces of Active Materials in Rechargeable Batteries andPerovskite Solar Cells. Advanced Materials. 2020

DOI: 10.1002/adma.201905245

https://doi.org/10.1002/adma.201905245

 

3. 香港理工大学Chem. Rev.：用于新兴薄膜太阳能电池的溶液处理透明电极

溶液处理的太阳能电池之所以吸引人，是因为其制造成本低，与柔性基底的良好兼容性以及易于大规模制造。可溶液处理的活性材料已被广泛用于制造有机，染料敏化和钙钛矿型太阳能电池，而真空沉积的透明导电氧化物(TCO)，例如铟锡氧化物，氟掺杂的锡氧化物和铝掺杂的氧化锡仍然是太阳能电池最常用的透明电极（TE）。

 

这些TCO不仅大大增加了设备的制造成本，而且对于将来的柔性和可穿戴应用来说较昂贵。因此，开发用于太阳能电池的溶液处理的TE引起了极大的兴趣。香港理工大学Zijian Zheng团队对溶液加工TE的最新发展进行了详细讨论，包括电极材料的化学合成，电极制备的基于溶液的技术，溶液加工TE的光学和电学性质及其应用在太阳能电池上。


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Solution-ProcessedTransparent Electrodes for Emerging Thin-Film Solar Cells，Chem. Rev. 2020

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00483

 

4. 武汉理工JACS: 化学界面工程实现高效CsPbI3量子点介孔太阳能电池

稳定性优异的全无机α-CsPbI3钙钛矿量子点（QDs）吸引了研究人员的极大兴趣。此外，非原位合成的量子点明显降低了钙钛矿层沉积过程的可变性。同时，将α-CsPbI3 QD掺入介孔TiO2（m-TiO2）极具挑战性（m-TiO2是钙钛矿太阳能电池中性能最好的电子传输材料之一）。

 

鉴于此，武汉理工大学Yueli Liu，格勒诺布尔大学Peter Reiss和莫纳什大学Qiaoliang Bao团队使用富含电子的铯离子的乙酸甲酯溶液对m-TiO2表面进行工程处理。研究表明，该处理降低了TiO2表面的固液界面张力并提高了润湿性，从而有利于QDs向m-TiO2的迁移。同时，铯离子钝化QD表面并促进m-TiO2/QD界面处的电荷转移，从而使电子注入速率提高了三倍。m-TiO2 / QD层的表面粗糙度也得到了改善，器件效率为13％。


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Highefficiency mesoscopic solar cells using CsPbI3 perovskitequantum dots enabled by chemical interface engineering, J. Am. Chem. Soc. 20

https://doi.org/10.1021/jacs.9b10700

 

5. 陈棋Angew: 揭示钙钛矿凝胶阶段与相分离的相关性

金属卤化钙钛矿已经引起了极大的关注，以发现其在光电子领域的各种应用中的潜力。然而，这种带有混合阳离子/阴离子的材料经常会发生相偏析，这不利于器件效率和长期稳定性。在钙钛矿薄膜生长过程中，凝胶阶段（介于液晶和结晶之间）与相分离有关的研究鲜有报道。北京理工大学的陈棋团队系统地研究了凝胶阶段的阳离子扩散动力学，从而建立了遵循菲克第二定律的扩散模型。

 

以二维层状钙钛矿为例，理论和实验结果表明，揭示了扩散系数，温度和凝胶持续时间对薄膜生长和相形成的影响。根据这一发现，成功地制造了均匀的2D钙钛矿薄膜，而没有明显的相分离。对凝胶阶段和相关阳离子扩散动力学的深入了解将进一步指导具有混合成分的卤化钙钛矿的设计和加工，以满足光电应用的要求。


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CationDiffusion Guides Hybrid Halide Perovskite Crystallization during Gel Stage,Angew, 2020

https://doi.org/10.1002/anie.201914183

 

6. 王连洲Nature Energy: 16.6%认证效率！量子点钙钛矿太阳能电池

量子点（QD）形式的Cs1−xFAxPbI3提供了通往稳定的基于钙钛矿的光伏和光电子学的途径。但是，合成具有高性能QD太阳能电池（QDSC）所需特性的多元QD仍然具有挑战性。昆士兰大学的王连洲和Yang Bai团队报道了一种有效的油酸（OA）配体辅助阳离子交换策略，该策略允许在整个组成范围内（x = 0-1）进行Cs1−xFAxPbI3 QD的可控合成，这在大晶粒多晶薄膜中是无法获得的。

 

在富含OA的环境中，可以促进阳离子的交叉交换，从而可以快速形成具有降低的缺陷密度的Cs1−xFAxPbI3QD。最高Cs0.5FA0.5PbI3 QDSC的认证效率（PCE）为16.6％，而滞后可以忽略不计。进一步证明，由于相分离得到抑制，与薄膜同类产品相比，QD设备显示出明显增强的光稳定性，并且在连续光照下600h，仍保留了94％的原始PCE。


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Ligand-assisted cation-exchangeengineering for high-efficiency colloidal Cs1−xFAxPbI3 quantumdot solar cells with reduced phase segregation，Nature Energy2020.

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0535-7

 

7. Osman& Sargent最新Nat. Energy: 23%记录效率！倒置钙钛矿太阳能电池

倒置钙钛矿太阳能电池已经获得了越来越多的关注，因为它们具有较长的使用寿命。但是，与正置钙钛矿太阳能电池相比，它们的效率显著降低。阿卜杜拉国王科技大学Osman M. Bakr和多伦多大学Edward H. Sargent 团队使用痕量的具有不同链长的表面锚定烷基胺配体（AAL）作为晶粒和界面改性剂来减少这种效率差距。

 

研究表明，添加到前体溶液中的长链AAL抑制了非辐射载流子的复合并改善了混合阳离子混合卤化物钙钛矿薄膜的光电性能。所得的AAL表面改性膜表现出突出的（100）晶面取向和较低的陷阱态密度以及增强的载流子迁移率和扩散长度。器件获得了认证的22.3％稳定效率（对于实验室测量的最高器件效率为23.0％）。该器件在AM1.5G照明下以最大功率工作超过1,000 h，而不会损失效率。


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Managing grains and interfacesvia ligand anchoring enables 22.3%-efficiency inverted perovskite solar cells，Nature Energy 2020.

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0538

 

8. AM综述：光电转换材料

将分子光电转换集成到各种材料中，为利用远程光学刺激以高时空分辨率控制其特性和功能提供了独特的机会。由于在分子水平上利用几何和电子的变化来调节宏观和整体材料性能方面存在着根本性的挑战，这些光响应系统的巨大潜力在很大程度上仍未被充分开发。

 

基于此，柏林洪堡大学Alexis Goulet‐Hanssens、Fabian Eisenreich、Stefan Hecht等人重点介绍了近十年来在光致发光材料领域取得的进展，在指出一些通用的设计原则之后，作者讨论了集成光转换单元的材料，其范围从表面/界面的无定形设置集成到超分子、液晶和结晶相。最后，作者在结论中指出了一些潜在的未来方向，鉴于该领域令人兴奋的最新成就，人们迫切期望光驱动和光学可编程（交互）活性材料和系统的未来出现和进一步发展。


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EnlighteningMaterials with Photoswitches. Advanced Materials. 2020

DOI: 10.1002/adma.201905966

https://doi.org/10.1002/adma.201905966



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