纳米人-太阳能电池前沿每周精选丨0422-0428

太阳能电池前沿每周精选丨0422-0428

纳米人纳米人 2019-05-01

1. Kai Zhu最新Joule：自发晶种生长, 增强钙钛矿太阳能电池的稳定性

对于水分的长期稳定性差的问题仍然是阻碍钙钛矿太阳能电池用于实际应用的关键挑战。美国国家可再生能源实验室Kai Zhu报道了一种顺序应用典型的一步溶液配方-自晶种生长（SSG）的方法，进而实现高品质钙钛矿薄膜，具有降低的缺陷密度，改善的电荷载流子传输和寿命、增强的疏水性以增强稳定性。基于FA/MA/Cs的钙钛矿，SSG器件的效率从17.76％（对照组）提高到20.30％（SSG），在环境中4,680小时后，未封装的器件仍保持初始效率的80％以上。

Zhang, F.; Xiao, C.; Chen, X.; Larson, B. W.; Harvey, S. P.; Berry, J. J.; Zhu, K., Self-Seeding Growth for Perovskite Solar Cells with Enhanced Stability. Joule 2019.

Doi:https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.03.023.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119301631#!

2. 杨阳Joule：喝咖啡，使钙钛矿太阳能电池更有劲儿！

为了增加钙钛矿太阳能电池的商业前景，需要简单，成本有效且通用的方法来减轻其固有的热不稳定性。UCLA杨阳教授团队和苏州大学王照奎教授采用了1,3,7-三甲基黄嘌呤，一种具有两个共轭羧基的商品化学品，俗称咖啡因，改善了基于MAPbI₃和CsFAMAPbI₃的钙钛矿太阳能电池的性能和热稳定性。咖啡因和Pb²⁺离子之间的强相互作用充当“分子锁定”，其在膜结晶期间增加活化能，提供具有优选取向的钙钛矿膜，改善的电子性质，减少的离子迁移和大大增强的热稳定性。基于咖啡因的纯MAPbI₃钙钛矿的太阳能电池，其最佳效率为19.8％。在85°C的氮气连续退火下，保留了85％以上的效率。

Wang, R.; Xue, J.; Meng, L.; Lee, J.-W.; Zhao, Z.; Sun, P.; Cai, L.; Huang, T.; Wang, Z.; Wang, Z.-K.; Duan, Y.; Yang, J. L.; Tan, S.; Yuan, Y.; Huang, Y.; Yang, Y., Caffeine Improves the Performance and Thermal Stability of Perovskite Solar Cells. Joule 2019.

Doi:https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.04.005.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119301734#undfig1

3. Alex K.‐Y. Jen最新AFM：基于4-氟苯乙基铵的稳定的准二维钙钛矿电池

与3D钙钛矿相比，准二维钙钛矿太阳能电池的抗湿性稳定性优异。华盛顿大学Alex K.‐Y. Jen团队系统地研究了间隔阳离子，即苯乙基铵（PEA），4-氟苯乙基铵（F-PEA）和4-甲氧基苯乙基铵（MeO-PEA）对准2D钙钛矿的光电性能和器件性能的影响。研究观察到，较大和较疏水的阳离子可以改善钙钛矿对水分的稳定性，而较大的尺寸会降低器件性能。有趣的是，使用F-PEA或MeO-PEA，n值的分布可以转移到准2D钙钛矿层中的高3D含量，这使得能够降低带隙并且可能降低激子结合能。由于最佳的电荷传输和最低的带隙，基于F-PEAI的准2D钙钛矿（n = 5）太阳能电池显示出了14.5％的效率，在湿度为40-50％的空气中具有出色的稳定性，40天后保持原始效率的90％。

Fu, W.; Liu, H.; Shi, X.; Zuo, L.; Li, X.; Jen, A. K. Y., Tailoring the Functionality of Organic Spacer Cations for Efficient and Stable Quasi-2D Perovskite Solar Cells. Adv. Funct. Mater. 2019

Doi:10.1002/adfm.201900221.

https://doi.org/10.1002/adfm.201900221

4. 周欢萍AM：热力学优势晶体取向! 用于高效钙钛矿太阳能电池

晶体取向对钙钛矿薄膜的性质和所得器件性能有很大影响。混合阳离子钙钛矿中晶体取向（优选的晶面和相对于特定平面的晶体堆叠模式）的精确控制对器件性能的基本机制仍然不清楚。北京大学周欢萍团队通过组合工程精细调节甲脒/甲基铵（FA/MA）混合阳离子钙钛矿中的热力学上有利的晶体取向。研究表明，FA/MA比率影响混合钙钛矿的表面能，从而导致优先取向的变化。当平行于基底放置时，沿（001）晶面的优选生长影响电荷输送和收集性质。在优化条件下，混合阳离子钙钛矿（FA_1-xMA_x PbI_2.87Br_0.13（Cl））太阳能电池的效率超过21％，认证效率为20.50±0.50％。

Ziqi Xu，Zonghao Liu，Nengxu Li，Gang Tang，Guanhaojie Zheng，Cheng Zhu，Yihua Chen，Ligang Wang，Yuan Huang，Liang Li，Ning Zhou Jiawang Hong，Qi Chen，Huanping Zhou. A Thermodynamically Favored Crystal Orientation in Mixed Formamidinium/Methylammonium Perovskite for Efficient Solar Cells. Adv. Mater. 2019

Doi:10.1002/adma.201900390.

https://doi.org/10.1002/adma.201900390

5. Angew：苝酰亚胺/富勒烯杂化体（ETL）助力高效稳定的钙钛矿太阳能电池

电子传输材料（ETM）在提高倒置钙钛矿太阳能电池（PSC）的效率和稳定性方面起着重要作用。近日，武汉大学Chuluo Yang、香港科技大学Shihe Yang以及西南大学Linna Zhu报道了一种有效的ETM，名为PDI-C60，由 perylene diimide（PDI）和富勒烯组合而成。与传统的PCBM相比，该策略赋予PDI-C60略低的能级和更高的电子迁移率。因此，基于PDI-C60作为电子传输层（ETL）的器件实现了18.6％的高功率转换效率（PCE），这显着高于PCBM（16.6％）和PDI（13.8%）的对比器件。基于PDI-C60的器件高的PCE可归因于与钙钛矿更匹配的能级，更有效的电荷提取，传输和降低的复合率。18.6％的PCE是使用PDI作为ETL的PSC中的最高值。此外，由于PDI-C60具有更强的疏水性，器件表现出更好的稳定性。

Luo, Z. Zhu, L. Yang, S. Yang, C. et al. Designing Perylene Diimide/Fullerene Hybrid as Effective Electron Transporting Material in Inverted Perovskite Solar Cells with Enhanced Efficiency and Stability. Angewandte 2019.

DOI:10.1002/ange.201904195

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/ange.201904195

6. JACS：14.7％!大静电势差的活性材料助力高效有机光伏电池

尽管有机光伏电池（OPV）的性能已经得到改进，但是表现最好的器件仍然显示出远低于商业化太阳能电池的功率转换效率。其中一个主要原因是分离电子-空穴对所需的驱动力很大。近日，中国科学院化学研究所Jianhui Hou研究团队通过使用新的聚合物供体PTO2和非富勒烯受体IT-4F制备了单结效率为14.7％的OPV。该器件在低驱动力下具有有效的电荷产生。理论研究表明，PTO2和IT-4F之间的分子静电势（ESP）很大，诱导的分子间电场可能有助于电荷的产生。研究结果表明，OPV具有通过ESP的严格调制进一步改善的潜力。

Yao, H. Hou, J. et al. 14.7% Efficiency Organic Photovoltaic Cells Enabled by Active Materials with a Large Electrostatic Potential Difference. JACS 2019.

DOI: 10.1021/jacs.8b12937

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b12937