摘要

從NREL效率圖來(lái)看，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)的效率一直在update。就在4月10日，KRICT創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，24.2%效率。而本篇文章要和大家分享的是主題是：“2019年Nature & Science系列期刊上的鈣鈦礦光伏紀(jì)錄”。值得一提的是，兩篇記錄效率（當(dāng)時(shí)的最高記錄）陸續(xù)online，“超”穩(wěn)定的鈣鈦礦器件嶄露頭角，低帶隙Sn-Pb體系的最高效率也橫空出世, 疊層器件的效率超過(guò)25%。品品這幾篇力作，或許能夠給大家更多的思考和啟發(fā)。

寫(xiě)在前面的話(huà)

說(shuō)鈣鈦礦真好！特指的就是有機(jī)無(wú)機(jī)鉛鹵化物鈣鈦礦。是的，目前研究最廣泛、性能最佳器件就是這么有局限性！全無(wú)機(jī)鈣鈦礦、非鉛鈣鈦礦以及混維鈣鈦礦只能說(shuō)是潛力股，值得深入研究哈。Sn基鈣鈦礦不穩(wěn)定，但是和Pb混熟了，疊層方面用處大！全Pb-Sn疊層鈣鈦礦的高效率已經(jīng)出現(xiàn)，研究浪潮將會(huì)撲面而來(lái)！器件室溫效率和穩(wěn)定性依然是熱點(diǎn)方向，也是走上商業(yè)化之路的必須要攻克的問(wèn)題！效率做的高、穩(wěn)定性測(cè)得久，有了這些的加持，Science和Nature怎么會(huì)對(duì)你視你不見(jiàn)（嘿嘿）！

一篇Nature為P3HT正名

第一篇來(lái)自于韓國(guó)化學(xué)技術(shù)研究所(KRICT)的Nature。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的認(rèn)證效率高達(dá)22.7%。效率本身已經(jīng)很厲害！仔細(xì)一看，喲！居然低成本室溫P3HT空穴傳輸層都能這么牛氣！你可知道，在PSCs研究初期，P3HT就不被大家看好（就是效率做不上去唄），目前最高也就16％。長(zhǎng)期霸占高效率位置只有PTAA和spiro這些昂貴的材料。Eui Hyuk Jung團(tuán)隊(duì)通過(guò)鈣鈦礦表面上的正己基三甲基溴化銨的原位反應(yīng)，在窄帶隙光吸收層的頂部形成薄的寬帶隙鹵化物鈣鈦礦層，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的效率高達(dá)23.3%。在85％的相對(duì)濕度下，未封裝器件表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性；在室溫標(biāo)準(zhǔn)光照下，封裝器件具有長(zhǎng)達(dá)1,370小時(shí)的工作穩(wěn)定性。P3HT可以通過(guò)旋涂、刮涂法擴(kuò)展到大面積模組，并分別實(shí)現(xiàn)16.3%和16.0％的效率（24.97cm2）。就在2019年4月10日，韓國(guó)化學(xué)技術(shù)研究所(KRICT)創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，24.2%效率！[6]

一篇NaturePhotonics創(chuàng)記錄

第二篇來(lái)自于中科院半導(dǎo)體研究所游經(jīng)碧課題組的Nature Photonics。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的認(rèn)證效率再次被刷新！記錄效率超過(guò)23%。該研究采用碘化苯乙銨（PEAI），鈍化FAMA混合鈣鈦礦的表面缺陷。研究發(fā)現(xiàn)，PEAI可以在鈣鈦礦表面形成，并通過(guò)減少缺陷和抑制非輻射復(fù)合而高效器件。組裝的平板型的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池獲得23.32％（準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)）的認(rèn)證效率。值得注意的是，高達(dá)1.18 V的開(kāi)路電壓。1.18 V, 什么概念，做了好多年開(kāi)壓仍在1.09-1.12 V (實(shí)話(huà)是該拔高拔高了)！就是只有大神才能同時(shí)做到超高開(kāi)壓和超高短路電流！認(rèn)證效率就出誕生！

漂亮的效率圖欣賞完后，下來(lái)看看更實(shí)際的問(wèn)題！PSCs的長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍然是阻礙其商業(yè)化的關(guān)鍵問(wèn)題。分子和離子的擴(kuò)散導(dǎo)致光伏器件性能的不可逆的降解。

Nature Communications告訴你，穩(wěn)定性可以這么優(yōu)秀

第三篇來(lái)自于華中科大陳煒聯(lián)合上海交大的韓禮元團(tuán)隊(duì)的Nature Communication。該研究報(bào)道了一種通過(guò)鉍界面層來(lái)提高器件穩(wěn)定性的簡(jiǎn)便策略。鉍界面層既可以防止外部水分的侵入，又可以保護(hù)金屬電極免受碘腐蝕。基于鉍界面層的器件在濕度、熱和光照的測(cè)試下,表現(xiàn)出極大改善的穩(wěn)定性。未封裝的器件在黑暗環(huán)境中保持其初始效率的88％超過(guò)6000 小時(shí);在85℃熱老化和光照下，保持其初始值的95％；在氮?dú)庵?00小時(shí)后，保持其初始效率的97％。同時(shí)還對(duì)比了其他幾種金屬，鉍的表現(xiàn)就是這么優(yōu)秀！

這篇Science真有趣，穩(wěn)定性真厲害

從一個(gè)全新角度來(lái)分析，就是會(huì)發(fā)現(xiàn)其中Science!第四篇來(lái)自于北京大學(xué)周歡萍、孫聆東和嚴(yán)純?nèi)A院士課題組的Science。鈣鈦礦吸光層中的組分通常在器件加工和工作期間會(huì)產(chǎn)生鉛（Pb0）和碘（I0）缺陷。這些缺陷不僅降低器件效率，而且加速器件的降解。研究人員提出了一種全新的機(jī)制，即通過(guò)在鈣鈦礦吸光層中引入具有氧化還原活性的Eu3+-Eu2+的離子對(duì)，實(shí)現(xiàn)了壽命周期內(nèi)的本征缺陷的消除，從而大大提升了電池的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。研究表明，Eu3+-Eu2+離子對(duì)充當(dāng)“氧化還原穿梭”，其在周期性轉(zhuǎn)變中同時(shí)氧化并減少I(mǎi)0缺陷。所制備的器件實(shí)現(xiàn)了21.52％效率。在標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光照射和在最大功率點(diǎn)測(cè)試500小時(shí)后，器件仍分別保持92％和89％的效率，或者在85℃下加熱1500小時(shí)仍91％的原始穩(wěn)定效率。

穩(wěn)定性測(cè)試

一篇Science創(chuàng)低帶隙Pb-Sn電池記錄

第五篇來(lái)自于美國(guó)國(guó)家能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)的Kai Zhu、Joseph J. Berry和托萊多大學(xué)鄢炎發(fā)課題組的Science?；谌}鈦礦的多晶薄膜串聯(lián)太陽(yáng)能電池具有提供> 30％效率的潛力。然而，基于全鈣鈦礦的串聯(lián)器件的性能受到缺乏高效率，低帶隙Sn-Pb混合鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）的限制。該研究采用了硫氰酸胍（GuaSCN）顯著改善低帶隙（~1.25 eV）Sn-Pb混合鈣鈦礦薄膜質(zhì)量，大大降低缺陷態(tài)密度和改善光電性能。組裝的單結(jié)低帶隙（~1.25eV）Sn-Pb混合鈣鈦礦電池，效率超過(guò)20%，這是目前Sn-Pb混合鈣鈦礦電池的最高效率。當(dāng)與更寬的帶隙PSC疊層時(shí)，可以獲得25％效率的四結(jié)和23.1％高效的兩四結(jié)全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池。鄢炎發(fā)團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期深耕Sn-Pb鈣鈦礦的研究，該體系的效率不斷拔高均由該團(tuán)隊(duì)引領(lǐng)！可謂獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，風(fēng)景這邊獨(dú)好！