近年來(lái)，太陽(yáng)能電池作為一種清潔能源已成為了研究熱點(diǎn)。今年才剛過(guò)去三個(gè)多月，太陽(yáng)能電池已在Nature/Science上發(fā)表了6篇論文。下面我們?yōu)榇蠹液?jiǎn)單梳理一下。
1. 4月15日《Nature》：納米尺度缺陷，至關(guān)重要！
盡管低溫下由液體加工而成的鈣鈦礦薄膜表現(xiàn)出強(qiáng)大性能，但是這種制備方法使薄膜上產(chǎn)生大量的晶體缺陷。鈣鈦礦器件的帶隙內(nèi)具有多種缺陷狀態(tài)，這些狀態(tài)會(huì)俘獲電荷載流子并使它們非輻射重組。這些深陷阱狀態(tài)引起光致發(fā)光的局部變化，并限制了器件性能。迄今為止，這些陷阱態(tài)的起源和分布尚不知道。英國(guó)劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室Samuel D. Stranks教授與日本沖繩科技大學(xué)大學(xué)?Keshav M. Dani教授等合作，使用光發(fā)射電子顯微鏡對(duì)最新鹵化物鈣鈦礦薄膜中的陷阱態(tài)分布進(jìn)行成像。通過(guò)多種測(cè)試分析表明，在納米尺度上控制材料結(jié)構(gòu)和成分對(duì)于鹵化物鈣鈦礦器件的最優(yōu)性能至關(guān)重要。
相關(guān)論文以題為“Performance-limiting nanoscale trap clusters at grain junctions in halide perovskites”于2020年4月15日發(fā)表在Nature上。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2184-1
2. 4月10日《Science》：效率26.7%！陰離子工程發(fā)揮重大作用
韓國(guó)科學(xué)技術(shù)高等研究院的Byungha Shin， 美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的Dong Hoe Kim和?Kai Zhu以及首爾大學(xué)的Jin Young Kim等合作，基于苯乙胺（PEA）的二維添加劑的陰離子工程穩(wěn)定鈣鈦礦結(jié)構(gòu)和增大帶隙（~1.7 eV）。單片雙端寬帶隙鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)化效率（PCE）高達(dá)26.7%，連續(xù)照射1000小時(shí)后，仍然保持初始效率的80%以上。進(jìn)一步優(yōu)化硅底部電池，以此寬帶隙鈣鈦礦制備的鈣鈦礦/硅疊層太能能電池的PCE有望超過(guò)30%。
相關(guān)論文以題為“Efficient, stable silicon tandem cells enabled?by anion engineered wide-bandgap perovskites”發(fā)表在Science上。
原文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/368/6487/155
3. 3月20日《Science》：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中“陷阱”之謎
美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)黃勁松教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了金屬鹵化物鈣鈦礦單晶和多晶太陽(yáng)能電池中陷阱態(tài)的空間和能量分布狀況。單晶中的陷阱密度變化了5個(gè)數(shù)量級(jí)，最低值為2×1011cm－3，且大部分深陷阱位于晶體表面。多晶薄膜界面上所有深度的電荷陷阱密度比薄膜內(nèi)部的大1~2個(gè)數(shù)量級(jí)。薄膜內(nèi)部的陷阱密度又比高質(zhì)量單晶的大2~3個(gè)數(shù)量級(jí)。更令人驚訝的是，表面鈍化后，在鈣鈦礦和空穴傳輸層的界面附近檢測(cè)到了大多數(shù)深陷阱，其中嵌入了大量的納米晶體，從而限制了太陽(yáng)能電池的效率。
相關(guān)成果以題為“Resolving spatial and energetic distributions of trap states in metal halide perovskite solar cells”發(fā)表在了Science。
原文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/367/6484/1352
4. 3月6日《Science》：高效串聯(lián)太陽(yáng)能電池，效率突破25.7%！
加拿大多倫多大學(xué)Edward H. Sargent院士和阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)Stefaan De Wolf等人合作，報(bào)道了溶液處理的鈣鈦礦（厚度為微米級(jí)）頂部電池與全織構(gòu)晶體硅異質(zhì)結(jié)底部電池相結(jié)合，制得高效、穩(wěn)定的鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池。該太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)化效率突破 25.7％，在85℃下進(jìn)行400小時(shí)的熱穩(wěn)定測(cè)試后，以及40℃下，最大功率點(diǎn)測(cè)試400小時(shí)后，其性能衰減可忽略不計(jì)。這一方面得益于研究者們將硅錐體底部的耗盡寬度增加了三倍。另一方面，研究者們將自限鈍化劑（1-丁硫醇）固定在鈣鈦礦表面上，增加了擴(kuò)散長(zhǎng)度并進(jìn)一步抑制了相分離。
相關(guān)成果以題為“Efficient tandem solar cells with solution-processed perovskite ontextured crystalline silicon”，發(fā)表在Science上。
原文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/367/6482/1135.abstract
5. 3月6日《Science》：效率27%，源于三鹵合金
科羅拉多大學(xué)Michael D. McGehee和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)徐集賢等人采用三鹵合金（氯、溴、碘）調(diào)節(jié)帶隙和穩(wěn)定鈣鈦礦半導(dǎo)體，制得了1.67 eV的寬帶隙鈣鈦礦頂電池。將此頂電池與硅底部電池集成在一起，制得的面積為1cm2的雙端單片式疊層太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)化效率為27%。這主要是由于溴替代了部分碘，縮小了晶格參數(shù)，增強(qiáng)了氯的溶解性，使光載流子和電荷載流子遷移率增加了2倍，使得即使在100太陽(yáng)光照強(qiáng)度下，薄膜中光誘導(dǎo)的相偏析得到了抑制；在60°C下，最大功率點(diǎn)運(yùn)行1000小時(shí)后，半透明頂電池的降解不足4％。
相關(guān)成果以題為“Efficient tandem solar cells with solution-processed perovskite on textured crystalline silicon”發(fā)表在Science上。
原文鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/367/6482/1135
6. 2月19日《Nature》：解決了鉛泄漏問(wèn)題
鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的鉛毒性以及鉛滲漏等問(wèn)題阻礙了其進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。美國(guó)北伊利諾伊大學(xué)的Tao Xu和可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)的Kai Zhu等人合作，報(bào)道了一種分別在設(shè)備棧前面和后面涂覆鉛吸收材料的化學(xué)方法解決由于器件損壞而引起的鉛泄漏問(wèn)題。在透明導(dǎo)電電極上，涂覆含有膦酸基團(tuán)的分子膜；在金屬電極上，將含有鉛螯合劑的聚合物薄膜嵌入到金屬電極和標(biāo)準(zhǔn)的光伏包裝膜（packing film）之間。即使器件浸泡在水中，由于鉛吸收膜吸收鉛后發(fā)生溶脹而非溶解，所以可保持器件結(jié)構(gòu)的整性，從而便于收集已破壞器件中的鉛。
相關(guān)成果以題為“On-device lead sequestration for perovskite solar cells”發(fā)表在Nature上。
原文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2001-x
