编译丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
2024年10月14日，国际顶尖学术期刊Nature同期上线了4篇论文，这4篇论文聚焦于钙钛矿太阳能电池的研究，这4篇论文的第一单位分别是中国科学院化学研究所、 苏州大学、北京大学和南京大学 、
一
论文题目：Isomeric diammonium passivation for perovskite–organic tandem solar cells
第一单位： 中国科学院化学研究所
通讯作者：李永舫（中国科学院化学研究所、苏州大学）、Felix Lang（德国波茨坦大学）、孟磊（中国科学院化学研究所）
近年来，钙钛矿（Perovskite）被广泛应用于系列连接的单片叠层太阳能电池（TSC）中，以克服单结太阳能电池的肖克利-奎伊瑟极限 （Shockley-Queisser limit） 。 由宽禁带（WBG）钙钛矿太阳能电池（pero-SC）作为前电池和窄禁带有机太阳能电池（OSC）作为后电池的钙钛矿/有机太阳能电池由于其良好的稳定性和潜在的高的功率转换效率（PCE）而备受关注。 然而，宽禁带钙钛矿太阳能电池通常比常规钙钛矿太阳能电池具有更高的电压损失，这限制了太阳能电池的性能 。 其中一个主要障碍来自钙钛矿/C60界面的界面复合，因此开发有效的表面钝化策略以提高钙钛矿/有机太阳能电池的功率转换效率（PCE）非常重要 。
该研究利用了一种新型的表面钝化剂环己烷-1,4-二胺二碘化物（CyDAI 2 ），它天然地含有两种异构体结构，其中铵基团位于环己烷环的同侧或异侧（分别称为cis-CyDAI2和trans-CyDAI 2 ），这两种异构体的表面相互作用行为完全不同。
cis -CyDAI 2 钝化处理降低了带隙为1.88 eV的宽禁带钙钛矿太阳能电池的准费米能级分裂（QFLS）-开路电压（Voc）失配，将其开路电压至1.36伏特。 将cis-CyDAI 2 处理的钙钛矿与窄禁带（带隙为1.24 eV）有机活性层结合在一起，构建的单结钙钛矿/有机太阳能器件的功率转换效率（PCE）为26.4%（经认证为25.7%）。
二
论文题目：Strain regulation retards natural operation decay of perovskite solar cells
第一单位：苏州大学
通讯作者：李耀文（苏州大学）、高峰（瑞典林雪平大学）、张晓宏（苏州大学）
过去十年间，钙钛矿太阳能电池（pero-SC）得到了迅速发展。然而，目前尚缺乏系统性的研究来探究硅太阳能电池中使用的工作寿命评估经验法则是否同样适用于钙钛矿太阳能电池。人们普遍认为，钙钛矿太阳能电池在昼夜循环中表现出更高的稳定性，这是由于其在黑暗中具有自愈作用 。
虽然该团队发现高效FAPbI 3 钙钛矿太阳能电池在自然昼夜循环模式下的性能衰减速度实际上要快得多，这质疑了基于连续模式测试来估算钙钛矿太阳能电池使用寿命的广泛接受的方法。该研究发现， 操作过程中导致钙钛矿晶体发生热胀冷缩而产生的晶格应变是关键因素，在连续光照模式下，这种应变会逐渐松弛，而在循环模式下，它会与循环过程同步变化 。 在循环模式下的周期性晶格应变会导致操作过程中深阱积累和化学降解，降低离子迁移潜力并因此缩短设备的使用寿命。
研究团队引入苯基氯化硒（Ph-Se-Cl）来调节钙钛矿调节钙钛矿在昼夜循环中的晶格应变，在改进后的循环模式下，经认证的效率为26.3%，T 80 寿命提高了10倍。
三
论文题目：Coherent growth of high-Miller-index facets enhances perovskite solar cells第一单位：北京大学
通讯作者：朱瑞（北京大学）、Henry J. Snaith（牛津大学） 、Samuel D. Stranks（剑桥大学） 、龚旗煌（北京大学） 、罗德映（北京航空航天大学）
获得微米级厚度的高质量钙钛矿薄膜是实现高效稳定的pin型钙钛矿太阳能电池的关键，但这仍然是一个严峻的挑战 。
该研究 报告了一种有效的方法，通过形成共格晶界来生产高质量、微米厚Formamidin基钙钛矿薄膜的有效方法，在稳定的气体中，高米勒折射率取向的晶粒生长在低米勒折射率取向的晶粒上。 最终形成的微米级厚度的钙钛矿薄膜具有增强的晶界和晶粒，展现出稳定的材料性能和出色的光电性能。 小面积太阳能电池的效率达到了26.1% 。这些面积为1平方厘米的设备和尺寸为5厘米×5厘米的迷你模块的效率分别为24.3%和21.4% 。 在稳定的大气环境下处理的设备在四个季节中都具有很高的可重复性。 封装后的器件在空气中暴露于光和热应力下时表现出优异的长期稳定性。
四
论文题目： Homogenized contact in all-perovskite tandems using tailored 2D perovskite
第一单位：南京大学
通讯作者：谭海仁（南京大学）、张立军（吉林大学） 、Samuel D. Stranks（剑桥大学）
规模化制备全钙钛矿叠层太阳能电池被认为是商业化钙钛矿光伏模块的有吸引力的途径 。然而，1平方厘米大的全钙钛矿叠层太阳能电池的认证效率却落后于面积较小（约0.1平方厘米）的同类产品。 这种性能缺陷源于大规模宽禁带（WBG）钙钛矿太阳能电池的不均匀性 。 众所周知，这种不均匀性是由底部界面和钙钛矿本身内部引入的。
该研究发现了另一个导致不均匀性的关键因素——电子传输层（ETL）沉积过程中形成的 顶部界面 。同时，糟糕的ETL界面也是设备性能的一个重大限制因素。
该研究通过将4-氟苯乙胺（F-PEA）和4-三氟甲基苯基铵（CF3-PA）混合来创建一种定制的二维钙钛矿层（TTDL），其中F-PEA在表面形成二维钙钛矿，减少接触损失和不均匀性，CF3-PA增强电荷提取和传输。从而在平方厘米级别的1.77eV宽禁带钙钛矿太阳能电池中实现了1.35V的高开路电压和20.5%的效率。通过与窄带隙钙钛矿亚电池堆叠，该研究报道了1.05 cm 2 的全钙钛矿串联电池，其效率为28.5%（认证为28.2%），是迄今为止所有报道中最高的 。
该研究突出了在扩大钙钛矿太阳能电池规模时，对钙钛矿/电子传输层（ETL）界面进行优化的重要性。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08160-y
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08161-x
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08159-5
https://www.nature.com/articles/s41586-024-08158-6