這個領域也太火瞭,今年已經發瞭6篇Nature/Science!

近年來,太陽能電池作為一種清潔能源已成為瞭研究熱點。今年才剛過去三個多月,太陽能電池已在Nature/Science上發表瞭6篇論文。下面我們為大傢簡單梳理一下。

1. 4月15日《Nature》:納米尺度缺陷,至關重要!

盡管低溫下由液體加工而成的鈣鈦礦薄膜表現出強大性能,但是這種制備方法使薄膜上產生大量的晶體缺陷。鈣鈦礦器件的帶隙內具有多種缺陷狀態,這些狀態會俘獲電荷載流子並使它們非輻射重組。這些深陷阱狀態引起光致發光的局部變化,並限制瞭器件性能。迄今為止,這些陷阱態的起源和分佈尚不知道。英國劍橋大學卡文迪什實驗室Samuel D. Stranks教授與日本沖繩科技大學大學 Keshav M. Dani教授等合作,使用光發射電子顯微鏡對最新鹵化物鈣鈦礦薄膜中的陷阱態分佈進行成像。通過多種測試分析表明,在納米尺度上控制材料結構和成分對於鹵化物鈣鈦礦器件的最優性能至關重要。

相關論文以題為“Performance-limiting nanoscale trap clusters at grain junctions in halide perovskites”於2020年4月15日發表在Nature上。

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原文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2184-1

2. 4月10日《Science》:效率26.7%!陰離子工程發揮重大作用

韓國科學技術高等研究院的Byungha Shin, 美國國傢可再生能源實驗室的Dong Hoe Kim和 Kai Zhu以及首爾大學的Jin Young Kim等合作,基於苯乙胺(PEA)的二維添加劑的陰離子工程穩定鈣鈦礦結構和增大帶隙(~1.7 eV)。單片雙端寬帶隙鈣鈦礦/矽疊層太陽能電池的功率轉化效率(PCE)高達26.7%,連續照射1000小時後,仍然保持初始效率的80%以上。進一步優化矽底部電池,以此寬帶隙鈣鈦礦制備的鈣鈦礦/矽疊層太能能電池的PCE有望超過30%。

相關論文以題為“Efficient, stable silicon tandem cells enabled by anion engineered wide-bandgap perovskites”發表在Science上。

這個領域也太火瞭,今年已經發瞭6篇Nature/Science!

原文鏈接:

https://science.sciencemag.org/content/368/6487/155

3. 3月20日《Science》:鈣鈦礦太陽能電池中“陷阱”之謎

美國北卡羅來納大學黃勁松教授團隊報道瞭金屬鹵化物鈣鈦礦單晶和多晶太陽能電池中陷阱態的空間和能量分佈狀況。單晶中的陷阱密度變化瞭5個數量級,最低值為2×1011cm-3,且大部分深陷阱位於晶體表面。多晶薄膜界面上所有深度的電荷陷阱密度比薄膜內部的大1~2個數量級。薄膜內部的陷阱密度又比高質量單晶的大2~3個數量級。更令人驚訝的是,表面鈍化後,在鈣鈦礦和空穴傳輸層的界面附近檢測到瞭大多數深陷阱,其中嵌入瞭大量的納米晶體,從而限制瞭太陽能電池的效率。

相關成果以題為“Resolving spatial and energetic distributions of trap states in metal halide perovskite solar cells”發表在瞭Science。

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原文鏈接:

https://science.sciencemag.org/content/367/6484/1352

4. 3月6日《Science》:高效串聯太陽能電池,效率突破25.7%!

加拿大多倫多大學Edward H. Sargent院士和阿卜杜拉國王科技大學Stefaan De Wolf等人合作,報道瞭溶液處理的鈣鈦礦(厚度為微米級)頂部電池與全織構晶體矽異質結底部電池相結合,制得高效、穩定的鈣鈦礦/矽疊層太陽能電池。該太陽能電池的功率轉化效率突破 25.7%,在85℃下進行400小時的熱穩定測試後,以及40℃下,最大功率點測試400小時後,其性能衰減可忽略不計。這一方面得益於研究者們將矽錐體底部的耗盡寬度增加瞭三倍。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,增加瞭擴散長度並進一步抑制瞭相分離。

相關成果以題為“Efficient tandem solar cells with solution-processed perovskite ontextured crystalline silicon”,發表在Science上。

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原文鏈接:

https://science.sciencemag.org/content/367/6482/1135.abstract

5. 3月6日《Science》:效率27%,源於三鹵合金

科羅拉多大學Michael D. McGehee和中國科學技術大學徐集賢采用三鹵合金(氯、溴、碘)調節帶隙和穩定鈣鈦礦半導體,制得瞭1.67 eV的寬帶隙鈣鈦礦頂電池。將此頂電池與矽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能電池的功率轉化效率為27%。這主要是由於溴替代瞭部分碘,縮小瞭晶格參數,增強瞭氯的溶解性,使光載流子和電荷載流子遷移率增加瞭2倍,使得即使在100太陽光照強度下,薄膜中光誘導的相偏析得到瞭抑制;在60°C下,最大功率點運行1000小時後,半透明頂電池的降解不足4%。

相關成果以題為“Efficient tandem solar cells with solution-processed perovskite on textured crystalline silicon”發表在Science上。

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原文鏈接:

https://science.sciencemag.org/content/367/6482/1135

6. 2月19日《Nature》:解決瞭鉛泄漏問題

鈣鈦礦太陽能電池的鉛毒性以及鉛滲漏等問題阻礙瞭其進一步開發。美國北伊利諾伊大學的Tao Xu和可再生能源國傢實驗的Kai Zhu等人合作,報道瞭一種分別在設備棧前面和後面塗覆鉛吸收材料的化學方法解決由於器件損壞而引起的鉛泄漏問題。在透明導電電極上,塗覆含有膦酸基團的分子膜;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準的光伏包裝膜(packing film)之間。即使器件浸泡在水中,由於鉛吸收膜吸收鉛後發生溶脹而非溶解,所以可保持器件結構的整性,從而便於收集已破壞器件中的鉛。

相關成果以題為“On-device lead sequestration for perovskite solar cells”發表在Nature上。

這個領域也太火瞭,今年已經發瞭6篇Nature/Science!

原文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2001-x

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