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春节在家防疫期间,你错过了哪些精彩?Nature、Nat. Energy、Nat. Commun.、JACS、Angew、AM等顶刊钙钛矿文章大合集!

发布者:admin  来源:本站 日期:2020-3-19  点击次:27

 


一、钙钛矿太阳能电池研究背景介绍

 北京颐光新源科技有限公司是CROWNTECH, INC.中国区域一级代理商。CROWNTECH, INC.美国颐光科技有限公司,是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,等。我公司太阳能电池(光电材料)测试系统的优势:技术服务全面、针对客户个性制造、信噪比高性能稳定、崇尚严谨真实的科研理念。

金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSC)由于其低制造成本和高性能而备受关注,这为薄膜太阳能电池技术带来了一场真正的革命。钙钛矿太阳能电池优异的光电性能归因于其出色的光电性质,包括较高的吸收系数、较长的载流子扩散长度,较大的载流子迁移率和较强的缺陷耐受性。基于上述的优异性能,在过去的几年中,PSC的能量转换效率(PCE)从3.8%迅速发展到25%以上。已经可与单晶硅太阳能电池相媲美,发展速度之快超过了其它光伏技术,具有非常大的商业应用前景。

二、Nature、Nat. Energy等钙钛矿太阳能电池研究进展

1、Nature: 钙钛矿太阳能电池器件上铅隔离

 北京颐光新源科技有限公司是CROWNTECH, INC.中国区域一级代理商。CROWNTECH, INC.美国颐光科技有限公司,是一家集开发、制造和销售光学元器件、光谱仪器、光电设备和与光学系统有关的仪器设备为一体的高新技术企业。产品涉及太阳能电池测试系统,各种光源,太阳模拟器,单色仪,分光光度计,各种光谱仪器,等。我公司太阳能电池(光电材料)测试系统的优势:技术服务全面、针对客户个性制造、信噪比高性能稳定、崇尚严谨真实的科研理念。

美国国家可再生能源实验室的朱凯教授和北伊利诺伊大学Tao Xu教授团队将透明的吸收Pb的DMDP膜沉积在玻璃上。DMDP膜不溶于水,但具有良好的透水性。这样,当水渗入设备时,功能性膦酸基团可以有效吸收水中的Pb2+。研究人员在背面使用了预干燥膜,其中包含强商品Pb-螯合剂EDTMP掺入主体聚合物基质中,以确保单独使用螯合剂或形成的Pb螯合复合物不能用水冲洗。研究人员研究了在约50°C的空气中模拟的1阳光照射强度下,这些设备在连续操作下的长期稳定性。连续运行约500小时后未观察到设备性能的差异。这些结果表明,使用Pb吸收层(尤其是DMDP膜,它在直接光路中入射光强度)不会对设备性能和长期运行稳定性产生负面影响。

文献链接:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2001-x

2、Nat. Energy: 23%记录效率!配体锚定制备高效倒置钙钛矿太阳能电池

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阿卜杜拉国王科技大学Osman M. Bakr教授和多伦多大学Edward H. Sargent 教授团队报道了AALs,特别是长烷基链AALs在通过促进有利的晶粒取向和抑制陷阱能级密度来改善光电性能方面的作用。研究人员使用基于长烷基链AALs的策略得到具有23.0%的效率(经认证的22.3%)和良好的操作稳定性的p–i–n结构的设备。钙钛矿晶粒和界面的分子修饰对于提高PSC的效率和稳定性至关重要。研究结果还表明,钙钛矿晶面的各向异性电子特性使薄膜的晶体取向管理成为实现高效PSC的重要途径。进一步了解多晶钙钛矿中不同表面刻面的性质(包括缺陷类型和浓度)可能对钙钛矿设备的发展至关重要。

文献链接:https://www.nature.com/articles/s41560-019-0538-4

3、Nat. Commun.:定向层状杂化钙钛矿在3D钙钛矿上的模板化生长

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中南大学的袁永波教授和北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松教授团队系统地研究了钙钛矿层状晶体的形成过程,低配位离子对3D钙钛矿的角共享PbI6八面体的键合作用被认为是触发层状钙钛矿成核的强大驱动力。分层之间的晶格匹配钙钛矿和角共享的PbI6八面体使层状钙钛矿的取向基本上由溶液中预成型的3D状钙钛矿确定。研究人员阐明了主导钙钛矿层状晶体成核和定向生长的关键驱动力,进一步表明了通过旋涂法和/或刮刀法制备的钙钛矿在操纵不同类型层状钙钛矿的结晶度和取向方面的广泛有效性。

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

4JACSCdI2降低表面缺陷,1.2 V&21.9%效率的刮涂钙钛矿太阳能电池

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北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松教授团队报告了一种策略,既可以减少钙钛矿表面碘化物的缺乏,又可以通过碘化镉(CdI2)的简单处理来抑制表面碘化物空位的形成。这种表面改性策略可显着提高刮涂式PSC的效率和稳定性,从而实现高稳定性的开路电压(Voc)高达1.20 V,对应于创纪录的0.31 V的小Voc损失。采用CdI2表面处理的所得PSC表现出优异的长期运行稳定性,在连续1个日光照射1000小时后仍保留了其原始PCE的92% 。科研人员仅采用有效的表面处理300 ppm的CdI2可通过以下两种协同作用降低碘化物基钙钛矿薄膜的有害表面卤化物缺陷:填补卤化物空位以减少界面重组损失,同时固定卤化物阴离子以增强操作稳定性,这有利于提高刮涂式PSC效率和稳定性。

文献链接:https://doi.org/10.1021/jacs.9b13418

5Angew:CsPbBr3钙钛矿太阳能电池高达10.85%效率

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暨南大学唐群委教授团队通过使用CuInS2 / ZnS QDs层作为空穴导体和荧光碳膜作为阴极来制备无机CsPbBr3PSC。 QDs表面附着的配体的烷基链长度的精确调节通过平衡表面偶极诱导的电荷库仑排斥力和量子隧穿距离,同时利用CsPbBr3钙钛矿重吸收未利用的入射光,从而最大化了载流子的提取。可以实现广谱吸收。具有C12-QD和10%LPP /碳电极的最佳设备可实现高达10.85%的最高效率。暴露在80%的湿度,80 oC和1个阳光照射下,无机CsPbBr3太阳能电池在30天内未显示光伏性能明显下降。

文献链接:https://doi.org/10.1002/anie.202000199

6、Angew:6.43%效率!DJ型二维锡基钙钛矿太阳能电池

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中科院化学所的宋延林教授和郑州大学的张懿强教授团队通过引入BEA作为封装有机配体,合成了一系列新的层状Sn基钙钛矿单晶。单晶X射线衍射显示这些层状单晶是典型的DJ相。(BEA)FA2Sn3I10表现出高晶体对称性,具有良好的吸收和载流子分离。瞬态吸收(TA)表示致密(BEA)FA2Sn3I10薄膜具有减弱的量子束缚,并具有改善的载流子扩散和迁移率。得益于出色的成膜性和载流子传输性能,研究人员实现了高达6.43%的PCE,远高于3D FASnI3器件(4.20%)。更重要的是,(BEA)FA2Sn3I10器件比3D FASnI3器件具有更强的抗氧化性,耐光照性和耐湿性。该工作促进了新型无铅钙钛矿太阳能电池的开发。

文献链接:https://doi.org/10.1002/anie.202000460

7AM:稳定高效的无甲铵钙钛矿太阳能电池

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瑞士洛桑联邦理工学院Yi ZhangMohammad Khaja Nazeeruddin天津大学冯亚青教授在钙钛矿双阳离子(Cs,FA)中使用氯化铯(CsCl)和溴化铅(PbBr2)可以显着稳定FAPbI3的黑相(α相),并增强FAPbI3的稳定性和性能。考虑到溴化物(Br-)的带隙不理想,研究人员调节了溴化物(Br-)的量,导致同时具有最佳氯化铯(CsCl)和溴化铅(PbBr2)的高结晶度和大晶粒尺寸的钙钛矿。结果,具有最佳条件的无MA的PSC表现出20.50%的最佳PCE。除了器件的热稳定性和长期稳定性外,性能也得到了改善。该研究结果表明,氯化铯(CsCl)和溴化铅(PbBr2)可以有效地限制不良的相变,从而显着增强双阳离子(Cs,FA)装置的稳定性。

文献链接:https://doi.org/10.1002/adma.201905502

8AM:通过覆盖超薄2D层提高锡铅钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性

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南京大学谭海仁教授和多伦多大学Edward H. Sargent教授采用有机阳离子苯乙铵(PEA)来锚定Sn-Pb钙钛矿颗粒。通过将PEA阳离子直接引入抗溶剂中,研究人员在钙钛矿薄膜表面以及薄膜内的晶界处均实现了原位缺陷钝化。同时也避免了钙钛矿层状相的过量形成。使用这种方法,与未钝化的Sn-Pb PSC在完全AM1.5G光照下相比,该设备使用寿命延长了200倍,而在经过过滤的AM1.5G光照下昼夜设备运行200小时后,效率没有下降。填充因子高达79%,实验室测量的PCE为19.4%(认证的18.95%)。然后,科研人员制备了采用PEA锚定的Sn-Pb PSC作为底电池的高效两端子全钙钛矿串联太阳能电池。对于串联电池,获得了23.5%的稳定PCE。

文献链接:https://doi.org/10.1002/adma.201907058

9AM23.5%效率!两性分子钝化用于制备高效稳定钙钛矿太阳能电池

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天津大学李祥高教授和瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)Michael Grätzel教授开发了一种新型表面钝化剂tBBAI。电光学特征表明,tBBAI钝化的钙钛矿膜表现出较少的非辐射电荷载流子复合,即较低的缺陷密度,并且显著改善了从钙钛矿膜到HTL的电荷提取。与PEAI相比,tBBAI的VOC增加了≈20mV,与没有钝化的钙钛矿薄膜相比,使VOC增加了约50 mV。制备的钙钛矿太阳能电池获得了23.5%的PCE,这是迄今为止达到的最高PSC效率之一。此外,与PEAI相比,tBBAI的疏水性增强,从而提高了耐湿性,从而提高了操作稳定性。追踪了500 h MPP后,带有tBBAI的PSC保留了其初始PCE的95%以上,并且在环境湿度为50%至70%的环境空气中老化55天后保留了其初始PCE的90%以上。该工作提供了一种简单而有效的方法来制造具有出色效率和高操作稳定性的高效PSC。

文献链接:https://doi.org/10.1002/adma.201907757

10AM:一种无毒的双功能抗溶剂用于制备高性能钙钛矿太阳能电池

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西北工业大学黄维院士和南京工业大学秦天石教授首次通过使用新型双功能(抗)溶剂MB制备了具有同时改善的器件性能,稳定性和可重复性的PSC。这种双功能(抗)溶剂不仅可以用作快速产生晶种的抗溶剂,而且还可以作为消解熟化剂来重新溶解钙钛矿前体并将小晶体重结晶为较大的微晶,从而获得具有较大晶粒的高质量薄膜晶粒尺寸和很少的缺陷密度。研究人员利用SEM,XRD,稳态和瞬态荧光光谱来支持这一结论。通过将这种双功能(反)溶剂掺入处理平面n–i–p PSC中,可以得到22.37%的最高PCE,其滞后作用可以忽略不计,并且无需封装即可具有出色的长期稳定性。而且,这种绿色环保,无毒,低挥发性的双官能(抗)溶剂可以显着提高在不同环境温度下PSC的重现性和耐受性。这些结果表明,研究人员开发的双功能(抗)溶剂MB可以推进全球所有季节的PSC技术的商业化。