太阳能电池每周前沿精选丨0513-0519

纳米人

2019-05-23

1. Nature Energy：与氟化物的化学键合助力稳定的钙钛矿太阳能电池

陷在混合卤化物钙钛矿的降解过程中起重要作用，阻碍了它们在太阳能电池中的应用。在所有缺陷中，卤素阴离子和有机阳离子空位无处不在，促进离子扩散并导致表面和晶界处的薄膜分解。近日，北京大学周欢萍研究团队利用氟化物高的电负性来同时钝化阴离子和阳离子空位。经氟化钠处理，基于(Cs_0.05FA_0.54MA_0.41)Pb(I_0.98Br_0.02)₃ 的器件，研究人员获得了21.46％的功率转换效率（以及经认证的21.3％效率电池）。在最大功率点运行1,000小时后，该器件可保持其原始功率转换效率的90％。在第一原理密度泛函理论计算的帮助下，研究人员认为氟离子通过与周围铅和有机阳离子的化学键的独特强化来抑制卤素阴离子和有机阳离子空位的形成。

Li, N. Zhou, H. et al. Cation and anion immobilization through chemical bonding enhancement with fluorides for stable halide perovskite solar cells. Nature Energy 2019.

DOI: 10.1038/s41560-019-0382-6

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0382-6

2. ACS Energy Lett.：低聚SiO₂包覆钙钛矿，实现高效稳定的光伏电池

由缺陷态引起的杂化钙钛矿材料的内在不稳定性成为阻碍钙钛矿太阳能电池（PSC）商业化的挑战之一。黄劲松团队报道了一种简单的策略，即将钙钛矿颗粒包裹在核-壳几何形状的低聚SiO₂（OS）基质中，这可以钝化表面和晶界处的缺陷并稳定纳米级的晶粒。研究观察到，OS包裹的钙钛矿中陷阱密度显着降低和载流子寿命延长，p-i-n结构PSC的效率提高了21.5％，具有1.15 V的高开路电压和81%的填充因子。这种全方位的纳米级颗粒包裹使得PSC的操作稳定性得到显着改善，在全光谱照射下，器件老化超过5200小时后，可保持80％的初始效率。

Bai, Y., Lin, Y. et al. Oligomeric Silica-Wrapped Perovskites Enable Synchronous Defect Passivation and Grain Stabilization for Efficient and Stable Perovskite Photovoltaics. ACS Energy Letters, 1231-1240, 2019

Doi:10.1021/acsenergylett.9b00608.

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b00608

3. Nature Commun.：简单的非稠环电子受体，用于高效稳定的有机太阳能电池

有机半导体结构设计的灵活性赋予有机太阳能电池（OSC）不仅具有很强的功能可调性，而且具有很高的实际应用潜力。浙江大学Chang-Zhi Li通过从单个芳香单元的两步合成开发简单的非稠环电子受体，并用于构建有效的OSC。在非共价相互作用下，这些可旋转的非稠环受体（在溶液中）允许在凝聚的固体中转变成平面和可堆叠的构象，促进受体不仅可行的溶液加工性，而且还具有优异的膜特性。在由简单混合物组成的单一和串联OSC中，可以实现10.27％和13.97％的效率。在连续光照下，非稠环受体及其基于OSC表现出良好的稳定性。该研究为简单有效的电子受体结构设计提供新的思路。

Yu, Z.-P. et al. Simple non-fused electron acceptors for efficient and stable organic solar cells. Nat. Commun. 10, 2152, 2019

Doi:10.1038/s41467-019-10098-z.

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10098-z

4. NREL最新Joule：柔性最高效率！21.3%效率的全钙钛矿串联太阳能电池

多结全钙钛矿太阳能电池通过将多结结构中低热损耗的优势与钙钛矿的有益特性相结合，即低加工成本，高产量制造和兼容性。然而，实现高效串联有两个主要挑战：（1）设计复合层以有效地组合两个钙钛矿子电池，同时还防止顶部电池处理期间底部电池损坏和（2）实现高开路电压宽间隙子电池。

美国国家可再生能源实验室Axel F.Palmstrom等人克服了这两个挑战。首先，展示了由具有亲核羟基和胺官能团的超薄聚合物组成的成核层，用于通过原子层沉积（ALD）使共形的低导电性铝氧化锌层成核。该方法使得ALD生长的复合层能够减少在现有钙钛矿活性层顶部的溶液加工中的分流以及溶剂降解。接下来，展示了一种基于不匹配尺寸（二甲基铵和Cs）的A位阳离子的带隙调谐策略，以实现具有高稳定电压的1.7 eV钙钛矿。通过结合这些策略，制造了双端全钙钛矿串联太阳能电池，在刚性基底上的效率为23.1％；在柔性基底上的串联电池效率为21.3％，这是迄今为止报道的柔性薄膜太阳能电池的最高效率。

Palmstrom, A. F.; Eperon, G. E.; Leijtens, T.; Prasanna, R.; Habisreutinger, S. N.; Nemeth, W.; Gaulding, E. A.; Dunfield, S. P.; Reese, M.; Nanayakkara, S.; Moot, T.; Werner, J.; Liu, J.; To, B.; Christensen, S. T.; McGehee, M. D.; van Hest, M. F. A. M.; Luther, J. M.; Berry, J. J.; Moore, D. T., Enabling Flexible All-Perovskite Tandem Solar Cells. Joule 2019.

Doi:https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.05.009.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119302521