摘要

從NREL效率圖來看，鈣鈦礦太陽能電池(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)。

寫在前面的話

說鈣鈦礦真好！特指的就是有機(jī)無機(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！全無機(jī)鈣鈦礦、非鉛鈣鈦礦以及混維鈣鈦礦只能說是潛力股，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)，研究浪潮將會撲面而來！器件室溫效率和穩(wěn)定性依然是熱點方向，也是走上商業(yè)化之路的必須要攻克的問題！效率做的高、穩(wěn)定性測得久，有了這些的加持，Science和Nature怎么會對你視你不見（嘿嘿）！

一篇Nature為P3HT正名

第一篇來自于韓國化學(xué)技術(shù)研究所(KRICT)的Nature。鈣鈦礦太陽能電池的認(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％。長期霸占高效率位置只有PTAA和spiro這些昂貴的材料。EuiHyukJung團(tuán)隊通過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，實驗室測試的效率高達(dá)23.3%。在85％的相對濕度下，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，封裝器件具有長達(dá)1,370小時的工作穩(wěn)定性。P3HT可以通過旋涂、刮涂法擴(kuò)展到大面積模組，并分別實現(xiàn)16.3%和16.0％的效率（24.97cm2）。就在2019年4月10日，韓國化學(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

第二篇來自于中科院半導(dǎo)體研究所游經(jīng)碧課題組的NaturePhotonics。鈣鈦礦太陽能電池的認(rèn)證效率再次被刷新！記錄效率超過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)1.18V的開路電壓。1.18V,什么概念，做了好多年開壓仍在1.09-1.12V(實話是該拔高拔高了)！就是只有大神才能同時做到超高開壓和超高短路電流！認(rèn)證效率就出誕生！

漂亮的效率圖欣賞完后，下來看看更實際的問題！PSCs的長期穩(wěn)定性仍然是阻礙其商業(yè)化的關(guān)鍵問題。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。

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

第三篇來自于華中科大陳煒聯(lián)合上海交大的韓禮元團(tuán)隊的NatureCommunication。該研究報道了一種通過鉍界面層來提高器件穩(wěn)定性的簡便策略。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6000小時;在85℃熱老化和光照下，保持其初始值的95％；在氮氣中500小時后，保持其初始效率的97％。同時還對比了其他幾種金屬，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

從一個全新角度來分析，就是會發(fā)現(xiàn)其中Science!第四篇來自于北京大學(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，實現(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期穩(wěn)定性。研究表明，Eu3+-Eu2+離子對充當(dāng)“氧化還原穿梭”，其在周期性轉(zhuǎn)變中同時氧化并減少I0缺陷。所制備的器件實現(xiàn)了21.52％效率。在標(biāo)準(zhǔn)太陽光照射和在最大功率點測試500小時后，器件仍分別保持92％和89％的效率，或者在85℃下加熱1500小時仍91％的原始穩(wěn)定效率。

穩(wěn)定性測試

一篇Science創(chuàng)低帶隙Pb-Sn電池記錄

第五篇來自于美國國家能源部可再生能源實驗室(NREL)的KaiZhu、JosephJ.Berry和托萊多大學(xué)鄢炎發(fā)課題組的Science。基于全鈣鈦礦的多晶薄膜串聯(lián)太陽能電池具有提供>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（~1.25eV）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，可以獲得25％效率的四結(jié)和23.1％高效的兩四結(jié)全鈣鈦礦疊層太陽能電池。鄢炎發(fā)團(tuán)隊長期深耕Sn-Pb鈣鈦礦的研究，該體系的效率不斷拔高均由該團(tuán)隊引領(lǐng)！可謂獨領(lǐng)風(fēng)騷，風(fēng)景這邊獨好！