光伏周刊丨黄劲松、孟庆波、刘生忠、戚亚冰、袁永波、陈汉、NREL、ANU等最新成果11篇！

纳米人

2020-02-10

1. AFM: PbI₂溶剂化-两步法制备高性能α-FAPbI₃太阳能电池

两步法已成功应用于制备高质量MAPbI₃杂化钙钛矿的太阳 能电池，但该策略用于制备低带隙FAPbI₃更具挑战性 （ 易形成六方非钙钛矿多晶型物）。已有报道证明通过添加Cs和/或进行更长时间的热退火可以改善两步法制备的FA基薄膜的质量。

鉴于此，阿卜杜拉国王科技大学ThomasD. Anthopoulos、陕西师范大学Kui Zhao、北卡罗来纳州立大学AramAmassian等人报道了在不添加Cs的情况下，实现PbI₂到α-FAPbI₃钙钛矿相的高效室温转化途径。研究发现，α-FAPbI₃在室温下由P₂（具有DMF的有序溶剂化多晶型物）自发而有效地形成，而没有形成六方相，并在热退火后导致完全转化。制备的太阳能电池的平均功率转换效率（PCE）从16.0（±0.32）％（退火的PbI₂转换）提高到17.23（±0.28）％（溶剂化的PbI₂）。由于降低载子复合率，器件最高PCE>18％。该工作为室温相变和基于FA钙钛矿薄膜的制备提供了新的设计规则，而无需添加Cs 或混合卤化物。

Room‐Temperature Partial Conversionof α‐FAPbI₃ PerovskitePhase via PbI₂ Solvation Enables High‐Performance Solar Cells. AFM 2020.

DOI:10.1002/adfm.201907442.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201907442

2. 上交大陈汉AEM: 倒置器件22%效率！刚柔并济的钙钛矿太阳能电池

由于HTM /钙钛矿界面处的空穴提取能力较弱，具有低温加工的空穴传输材料（HTM）的倒置钙钛矿太阳能电池（PSC）的性能较差。上海交通大学的陈汉团队采用具有可控电子亲和力的分子可以使HTM的电导率提高10倍以上，并使费米能级与价带之间的能隙从0.60降低至0.24 eV，从而使空穴提取能力提高了5倍。3,6-二氟-2,5,7,7,8,8-六氰基喹二甲烷分子首次用于增强PSC的开路电压（V_oc）和填充因子（FF），从而使基于刚性和柔性的倒置钙钛矿器件实现最高效率，分别为22.13％和20.01％。这种新方法不仅可以与基于NiOx的HTM结合使用，而且还可以与PTAA，PEDOTT：PSS和CuSCN为基础的HTM结合使用，从而提供了一种实现高效倒置PSC的新方法。

HighElectron Affinity Enables Fast Hole Extraction for Efficient Flexible InvertedPerovskite Solar Cells，AEM，2020

https://doi.org/10.1002/aenm.201903487

3. NREL最新AEM: 无机钙钛矿中CsI-反溶剂加合物的形成

NREL的Joseph M. Luther团队研究发现，在CsPbI₃钙钛矿组合物中CsI与前体溶剂和反溶剂之间形成的独特加合物尚未见到其他A-位阳离子盐。这些CsI加合物比PbI₂-DMSO加合物更能控制成核作用，并证明了A位点如何在结晶中起重要作用。在这种溶剂工程方法中，使用乙酸甲酯（MeOAc）可以通过形成CsI–MeOAc加合物来决定结晶，从而使太阳能电池的效率达到14.4％。

CsI-AntisolventAdduct Formation in All-Inorganic Metal Halide Perovskites，AEM，2020

https://doi.org/10.1002/aenm.201903365

4. ANU最新AEM: 27.7效率！四结钙钛矿-硅串联太阳能电池

澳大利亚国立大学The Duong和Kylie Catchpole团队用大体积的烷基铵阳离子对3D钙钛矿进行表面涂层处理，可钝化表面缺陷，并改善钙钛矿太阳能电池的性能，而将这些大体积阳离子掺入3D结构会对结晶度产生负面影响，并降低器件性能。使用表面涂层策略，四结钙钛矿-硅串联可通过指状背接触硅底部电池达到27.7％的效率。

HighEfficiency Perovskite‐Silicon Tandem Solar Cells: Effect of Surface Coating versus BulkIncorporation of 2D Perovskite, AEM，2020

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201903553

5. 宾大Joule: 非离子型和低熵的墨水快速制备钙钛矿薄膜！

卤化钙钛矿的常规加工通常利用在高沸点溶剂中含有移动前体离子的离子前躯体溶液。将这些无序离子组装成低熵晶体需要克服较大的热力学能垒。传统工艺依靠高温退火和复杂的反溶剂处理来克服这一障碍，但是它们仍然高度不可控。

美国宾夕法尼亚州立大学ShashankPriya 和Kai Wang团队报道了一种新型的非离子型和低熵的MA（MMA）_nPbI₃墨水，用于快速钙钛矿结晶，具有优越的{110}优先取向和较高的Lotgering因子。并且，基于墨水加工的薄膜在单晶水平上表现出非4.6 μm的载流子扩散长度。通过一步法制备的MAPbI₃薄膜，相应的光伏电池显示出21.8％的创纪录效率。有效面积从0.096到0.5 cm²，效率仍然超过21％，不会降低电池性能。这些结果证明了这种非离子墨水在钙钛矿光伏技术的工业过渡中的潜力。

ANonionic and Low-Entropic MA(MMA)nPbI₃-Ink for Fast Crystallizationof Perovskite Thin Films, Joule, 2020

https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.01.004

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435120300313#!

6. Angew.综述: 减少高性能钙钛矿太阳能电池的不利缺陷

在几种光伏（PV）技术中，半导体带隙内电子缺陷的存在限制了器件的效率，可重复性以及寿命。钙钛矿金属卤化物（MHP）由于其优异的光伏性能而受到了广泛的关注，即使没有非常严格的薄膜生长控制工艺也可以实现。理论上，在描述MHP中的不同点缺陷方面已做了诸多研究。

戚亚冰和刘生忠团队讨论了深入表征MHP中缺陷的实验挑战，例如，缺陷类型，缺陷密度和由这些缺陷引起的带隙内的能量位置的实验分配。同时，概述了一些钝化策略。根据总结文献，对需要考虑并需要最小化的各种缺陷类型进行了检查。为了进一步改善其光电效率，需要对MHP中的缺陷性质有完整的基本了解。

ReducingDetrimental Defects for High‐Performance Metal HalidePerovskite Solar Cells，Angew., 2020.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201905521

7. Joule：利用电瞬变来量化太阳能电池中的电荷损失

通过光激发和电检测实现的电瞬变为研究太阳能电池在纳秒到秒的宽时间范围内的电荷传输，复合甚至光电回滞现象提供了独特的机会。然而，关于如何利用这些研究来揭示电池电荷损失机制的争论一直在进行。

鉴于此，孟庆波团队提出了一种新的方法，该方法用于量化体吸收器内或界面处的电荷损耗以及太阳能电池的缺陷特性。该方法已成功应用于商业化硅，新兴的Cu₂ZnSn(S,Se)₄和钙钛矿太阳能电池的研究中，也应适用于其他类似的光伏器件系统。总的来说，这项工作为全面研究太阳能电池的动态物理过程和电荷损失机理提供了有希望的途径，并在其他光电器件中具有潜在的应用。

ExploitingElectrical Transients to Quantify Charge Loss in Solar Cells，Joule，2020

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119306312

8. Joule：集成半透明有机太阳能电池，实现零能耗净温室

温室大大提高了农业土地利用效率。但是，由于调节温室空间，与传统耕作相比，它们消耗的能量也大得多。减轻能耗增加的一种方法是将太阳能模块集成到温室结构中。半透明有机太阳能电池（OSC）由于其可以调节其光谱吸收，以最大程度减少植物光合作用光谱上的日照衰减。

鉴于此，北卡罗莱纳州立大学(雷利)Brendan T. O’Connor团队通过详细的能源平衡模型可以确定将OSC集成到美国温室的零能耗需求中的好处。研究发现，这些系统在温暖和中性的气候下每年可能会有能量过剩。此外，研究表明通过适当的设计可以最大程度地减少进入温室的日光照射量。这些结果表明OSC是在温室中实施的极佳候选模块，并提供了使可持续能源生产技术多样化的机会。

AchievingNet Zero Energy Greenhouses by Integrating Semitransparent Organic Solar Cells，Joule，2020

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119306336

9. 袁永波&黄劲松Nat. Commun.：定向层状杂化钙钛矿在3D状钙钛矿上的模板生长

在层状混合钙钛矿膜中需要从热力学平衡状态操纵晶体取向，以引导电荷传输并增强钙钛矿器件的性能。中南大学的袁永波和北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松团队报道了由3D状钙钛矿形成的钙钛矿层状模板化的生长机理，这可以作为一般设计规则，以使旋涂和刮涂工艺制成的膜中的钙钛矿层沿平面外方向对齐。

该方法包括使用额外的卤化铵盐抑制钙钛矿溶液中层状和3D钙钛矿的形核，这会迫使薄膜从溶液表面开始形成。溶剂在液体表面的快速干燥留下了3D状钙钛矿，这模板化了层状钙钛矿的生长，这是由于3D状钙钛矿表面上的周期性角共享八面体网络所致。这一发现为基于八面体阵列的钙钛矿材料的成核行为提供了深刻的见解，代表了操纵层状钙钛矿取向的一般策略。

Templatedgrowth of oriented layered hybrid perovskites on 3D-like perovskites, Nature Communication,2020

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13856-1

10. AM: 二维混合卤化钙钛矿中异常的压力驱动相变和能带重整化

施加高压可控制材料的晶胞和原子间间距，而无需任何新的生长方法或处理，同时可就地获得其材料特性。在这些极端压力下，材料可能会呈现新的结构相并展现出新的特性。亚利桑那州立大学Sefaattin Tongay和马里兰大学巴尔的摩分校Soignard CanAtaca团队报道了二维RP相混合卤化钙钛矿中的非寻常相变和能带重归一化效应，它们在发光和转换技术中显示了非凡的光学性能和巨大的潜力。

结果表明(CH₃(CH₂)₃NH₃)₂(CH₃NH₃)Pb₂Br₇（n = 2）层经历了两个与PbBr₆八面体有关的相变，丁基铵（BA）和甲基铵（MA）分子倾斜运动导致了独特的变化/异常带隙随压力变化。相反，(CH₃(CH₂)₃NH₃)PbBr₄（n = 1）缺少MA分子，并且仅具有一个与PbBr₆八面体和BA倾斜有关的压力诱导相变。在此范围内，带隙单调减小，与其他无机半导体非常相似，并且显示出明显的从3 eV到2.4 eV的大红移。本研究对这些压力引起的变化提供了独特的见解，并扩展了对在极端条件下这些高度各向异性的层状柔软有机钙钛矿材料的理解。

UnusualPressure‐Driven Phase Transformation and BandRenormalization in 2D vdW Hybrid Lead Halide Perovskites，Adv. Mater, 2020

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201907364

11. 黄劲松Joule: 26％效率！高效钙钛矿-硅叠层太阳能电池

将钙钛矿整合到纹理化的硅上可提供通往30％串联太阳能电池的途径。然而，从在典型的金字塔高度为3–10 μm的纹理化硅上溶液法沉积0.5–1μm厚的钙钛矿层仍然是一个巨大挑战。鉴于此，北卡罗来纳大学教堂山分校的黄劲松,Bo Chen和亚利桑那州立大学Zhengshan J. Yu, Zachary C.Holman团队提出了一种新的叠层架构，该架构可对钙钛矿进行大面积刮涂制备，以保证在金字塔形的硅上连续沉积小于1 μm钙钛矿薄膜。

这些金字塔的粗糙程度可以有效地散射硅中的光，平滑的表面可以满足对钙钛矿薄膜进行固溶加工。氮气辅助刮刀工艺（1.5 m/min的速度沉积）制备空穴传输层和平坦化钙钛矿层，这可以完全覆盖纹理化硅片。通过在叠层的顶部添加纹理化的光散射层以减少前表面反射率，研究人员获得了钙钛矿/硅串联电池，其对纹理化的硅的效率为26％。

Blade-CoatedPerovskites on Textured Silicon for 26%-Efficient Monolithic Perovskite/SiliconTandem Solar Cells, Joule, 2020

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435120300350#!