鈣鈦礦太陽電池的案例
基于分子鈍化的二維/三維鈣鈦礦本體異質結實現(xiàn)穩(wěn)定高效甲脒基鈣鈦礦太陽電池制備
電池效率統(tǒng)計直方圖
【小結】
綜上所述，通過將二維/三維本體異質結和晶界鈍化策略相結合，使器件效率由傳統(tǒng)的19.15%提升至20.62%。研究發(fā)現(xiàn)，二維Ruddlesden-Popper型鈣鈦礦的引入，可以優(yōu)化鈣鈦礦的成膜過程，增大鈣鈦礦的晶粒尺寸；少量鹵素離子摻雜有助于晶體沿外平面方向生長，促進電荷沿垂直方向的傳輸；同時帶有路易斯堿功能基團的半導體有機小分子的引入，可以進一步鈍化鈣鈦礦內(nèi)部缺陷，提升鈣鈦礦載流子遷移率。此外，分子鈍化后的二維/三維鈣鈦礦薄膜展現(xiàn)出良好的耐濕性和空氣穩(wěn)定性，在40%的濕度環(huán)境下存放60天仍維持其原有效率的87%。此項研究工作創(chuàng)新性地實現(xiàn)了分子鈍化與二維/三維鈣鈦礦本體異質結的融合，為制備無Cs+/MA+摻雜的高效穩(wěn)定甲脒基鈣鈦礦太陽電池提供了新的思路和方法，有望為推動鈣鈦礦太陽電池走向商業(yè)應用做出貢獻。
展開 高品質大面積錫基鈣鈦礦薄膜及太陽電池抽氣制備技術
【引言】
近幾年，鈣鈦礦太陽電池的光電轉化效率屢創(chuàng)新高，在LED、光電探測器等領域也大放異彩，儼然成為一種“萬能材料”。然而，鉛的毒性問題始終是籠罩在電池產(chǎn)業(yè)化道路上的一片烏云。為了解決鉛毒問題，人們開始探索非鉛新材料，其中，錫是理論上和實驗上最有潛力成為高效無鉛太陽電池的重要元素。而最基本也是最重要前提是獲得高致密、無針孔的錫基鈣鈦礦薄膜。迄今，取得較好效率的薄膜大多出于反溶劑法，需要使用高毒性溶劑（如氯苯等），正所謂“按下葫蘆浮起瓢”。發(fā)展綠色工藝、利用綠色原料、制備高品質大面積（>20 cm2）錫基鈣鈦礦薄膜，是基礎研究的難點，更是工業(yè)化技術發(fā)展的關鍵。
【成果簡介】
近期，西安交通大學材料學院（材料國家重點實驗室）楊冠軍教授課題組在美國化學會旗下的國際知名期刊ACS Applied Materials & Interface上發(fā)表題為“Green Solution-Processed Tin-BasedPerovskite Films for Lead-Free Planar Photovoltaic Devices”的研究論文。論文第一作者為西安交通大學材料學院2017級博士研究生李小磊。利用課題組自主發(fā)展的液膜抽氣技術實現(xiàn)了高致密、無針孔錫基鈣鈦礦薄膜的制備，首次獲得了大面積（>20 cm2）錫基鈣鈦礦薄膜，摒棄高毒反溶劑、膜層材料無鉛、制備工藝高效環(huán)保，為未來錫基鈣鈦礦太陽電池的大面積制備和工業(yè)化應用提供了切實可行的技術路徑。最后，將抽氣處理的錫基鈣鈦礦薄膜應用在正向平面鈣鈦礦太陽電池中，實現(xiàn)了1.85%的轉換效率，這是c-TiO2/Sn-Perovskite/HTM/Au結構中目前報道的最高效率。
展開 陳義旺/胡笑添課題組：非潤濕導電高分子陽極界面層制備高性能柔性鈣鈦礦太陽電池
南昌大學/江西師范大學陳義旺教授課題組提出了采用一種非潤濕的油溶性PEDOT（Oil-PEDOT）做為空穴傳輸層制得高性能的柔性鈣鈦礦太陽電池。研究發(fā)現(xiàn)，Oil-PEDOT有著很好的結晶性和可印刷性，在非摻雜的狀態(tài)下有良好的導電性和電荷傳輸性能，在調控了大面積柔性鈣鈦礦的結晶質量后，器件的機械穩(wěn)定性得到很大提升。
鈣鈦礦由于其優(yōu)異的光電性能和結晶性在光伏器件中得到了廣泛應用。過去十年里，在研究人員的不懈努力下，鈣鈦礦太陽電池得到了突飛猛進的發(fā)展，最高認證效率（NREL）已經(jīng)超過了25%。然而，大面積柔性鈣鈦礦薄膜結晶質量不佳和高成本的物料依然是限制鈣鈦礦太陽電池朝商業(yè)化進軍的重要因素。最近陳義旺教授課題組合成了一種非潤濕的油溶性PEDOT（Oil-PEDOT）并將其作為陽極界面層應用在柔性鈣鈦礦器件當中。
作者首先對合成的Oil-PEDOT進行了初步的光學和電學表征，相比于參考樣品（PEDOT:PSS），其性能有一定改善，如圖1所示。進一步研究后發(fā)現(xiàn)Oil-PEDOT中PEDOT組分含量要遠高于PEDOT:PSS，同時在相應的薄膜上也觀察到Oil-PEDOT的結晶性要強于PEDOT:PSS，具有島狀結晶的Oil-PEDOT更利于電荷傳輸同時也改善了上層鈣鈦礦的結晶生長質量。此外，在光學顯微鏡下觀察到Oil-PEDOT不存在很明顯的液邊擴張現(xiàn)象，從而可以印證其相比于參考墨水（PEDOT:PSS）來說具有更優(yōu)的可印刷性，如圖2所示。
圖1 合成工藝及光學性能圖。
圖2 材料的性能和形貌表征。
作者進一步在優(yōu)化后的陽極界面層上沉積鈣鈦礦，發(fā)現(xiàn)其上層鈣鈦礦的晶體質量得到明顯改善，這與Oil-PEDOT上鈣鈦礦成核和結晶時間的降低有關。
展開 陳義旺/胡笑添課題組：非潤濕導電高分子陽極界面層制備高性能柔性鈣鈦礦太陽電池
作者進一步在優(yōu)化后的陽極界面層上沉積鈣鈦礦，發(fā)現(xiàn)其上層鈣鈦礦的晶體質量得到明顯改善，這與Oil-PEDOT上鈣鈦礦成核和結晶時間的降低有關。同時，紫外吸收、穩(wěn)態(tài)熒光和瞬態(tài)熒光印證了鈣鈦礦晶體質量的改善帶來光學性能的提升。在5cm×5 cm的大面積鈣鈦礦薄膜上選取了2500個點位測試其鈣鈦礦（110）的峰值，發(fā)現(xiàn)基于Oil-PEDOT的鈣鈦礦晶體質量更為均一，進一步印證了基于Oil-PEDOT的鈣鈦礦結晶質量較高且更平均，如圖3所示。
圖3 鈣鈦礦薄膜的形貌和性能表征。
將上述薄膜集成到柔性鈣鈦礦器件中，相應器件性能如圖4所示。相較于采用PEDOT:PSS作為空穴傳輸層的器件，基于Oil-PEDOT的器件短路電流、填充因子和開路電壓都有明顯提升。基于Oil-PEDOT的最高效率達到了19.51%，相比于參考器件的14.84%高出了4.67%。同時，穩(wěn)態(tài)輸出等電學表征也證明了器件性能的有效提升。同時，在25 cm2的鈣鈦礦模組上得到了16.70%的光電轉換效率，有效面積為22.5 cm2。
圖4 柔性鈣鈦礦太陽電池電學性能表征。
機械穩(wěn)定性表征發(fā)現(xiàn)，基于Oil-PEDOT的器件機械穩(wěn)定性有明顯提升，長時間穩(wěn)定性也有明顯改善。穩(wěn)定性提高可歸因于優(yōu)化器件中碘離子遷移受到抑制，而離子遷移性能的差異可結于Oil-PEDOT上鈣鈦礦晶體質量的明顯改善，如圖5所示。
圖5 柔性鈣鈦礦太陽電池的穩(wěn)定性表征。
展開 
結構重建的CsPbI2Br鈣鈦礦用于高穩(wěn)定和平方厘米級的全無機鈣鈦礦太陽能電池
目前，研究院有專職科研人員16名，擁有包括PECVD、濺射和SEM、XRD等大型材料與器件的制備與表征設備50余臺(套)，主要開展高效率晶體硅太陽電池、化合物薄膜太陽電池、鈣鈦礦太陽電池、鋰電池和光伏系統(tǒng)等方向的研究。
團隊近期在PSCs領域的工作匯總：
在全無機鈣鈦礦太陽電池方面，團隊率先開發(fā)了兩步控溫方法，制備了高致密大晶粒的CsPbIBr2薄膜，并采用低功函超薄MoOx作為陰極緩沖層，制備了基于倒置結構的CsPbIBr2 PSC，該器件被證明在空氣中可以忍受高達160℃的高溫，相關結果發(fā)表在Nano Energy, 2017, 41: 75-83。在此基礎上，該團隊進一步采用了ZnO@C60雙電子傳輸層，優(yōu)化能級匹配，提升電子的萃取效率，并改善了界面接觸狀態(tài)，最終制備的CsPbI2Br 全無機PSC實現(xiàn)了超過13%的能量轉換效率，并實現(xiàn)了在氮氣中，85℃下加熱360h，效率衰退在20%之內(nèi)，相關成果發(fā)表在J. Am. Chem. Soc., 2018, 140(11): 3825-3828。
在有機-無機雜化鈣鈦礦太陽電池方面，團隊創(chuàng)新性的將乙酰丙酮鎵(GaAA3)與鈣鈦礦(CsxFA1-xPbI3)前驅體進行組裝，通過原位生長獲得了具有核殼結構的鈣鈦礦晶體薄膜。該器件在最大功率輸出5h后的效率仍然可以穩(wěn)定在18%以上，在50%相對濕度的條件下，800h后仍能保持最初器件效率的90%，相關成果發(fā)表在Energy Environ. Sci., 2018, 11(2): 286-293。此外，團隊將1-(2-吡啶基)-1H-吡唑 (PZPY)與鈣鈦礦(Cs0.04MA0.16FA0.8PbI0.85Br0.15)前驅體進行組裝，原位生長獲得了具有1D-3D復合鈣鈦礦結構的晶體薄膜。
展開 黃維院士&秦天石AFM綜述：面向大面積鈣鈦礦電池的材料的進展、挑戰(zhàn)和策略
該論文作者為Fangfang Wang, Yezhou Cao, Cheng Chen, Qing Chen, Xiao Wu, Xinguo Li, Tianshi Qin,*and Wei Huang*
【圖文導讀】
1.背景介紹
金屬鹵化物鈣鈦礦太陽電池作為最優(yōu)前景的第三代光伏技術，最近得到了科學界和工業(yè)界的廣泛關注。迄今為止，小面積PSC的功率轉換效率已超過23％，接近商用硅光伏電池。但是大多數(shù)經(jīng)過認證或報道的高效鈣鈦礦光伏器件（PCE>20%），其有效面積較小，一般在0.03～0.1cm2左右。隨著器件有效面積的擴大，器件效率呈明顯的下降趨勢，這制約了鈣鈦礦光伏器件的工業(yè)化進程。器件有效面積擴大導致的效率和穩(wěn)定性問題迫切需要關注和解決。為了實現(xiàn)未來的商業(yè)應用，必須解決大面積鈣鈦礦光伏器件中涉及的效率，穩(wěn)定性，材料成本和制造技術等問題，這需要科學家和研究人員不斷嘗試和探索適合制造大面積器件的各功能層材料。
2.鈣鈦礦太陽電池的器件結構
3.鈣鈦礦活性層材料
在本章中，作者以鈣鈦礦的晶胞結構ABX3為主體，通過改變不同X位的陰離子，A位陽離子，從材料的角度出發(fā)，介紹了組成不同的鈣鈦礦材料和不同的工藝制備方法來獲得大面積鈣鈦礦薄膜的進展趨勢、問題以及策略。作者認為應進一步開發(fā)新工藝制備方法，以獲得大面積和高質量的鈣鈦礦薄膜。盡管混合離子的三維鈣鈦礦表現(xiàn)出非常優(yōu)異的器件性能，但環(huán)境穩(wěn)定性仍然是其商業(yè)化的障礙。與三維鈣鈦礦器件相比，2D/3D鈣鈦礦光伏器件具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和耐水性,非常有希望實現(xiàn)高效和穩(wěn)定的商業(yè)化光伏器件，因此應該給予高度重視。
展開 暨南大學唐群委團隊Adv Energy Mater：全無機CsPbBr3鈣鈦礦太陽電池效率突破10%
Ed. (2018, 57, 3787-3791; 2018, 57, 5746-5749)發(fā)表兩篇重要工作之后，又一次在國際頂級雜志發(fā)表論文，推動了全無機CsPbBr3鈣鈦礦太陽電池的發(fā)展。
【圖文簡介】
圖一 稀土摻雜無機鈣鈦礦電池的晶體結構表征
（a）無機鈣鈦礦薄膜的表面SEM圖。
（b）無機鈣鈦礦薄膜的斷面SEM圖。
（c）無機鈣鈦礦薄膜的XRD圖譜。
（d）無機鈣鈦礦薄膜的晶格常數(shù)的變化曲線。
（e）Pb 4f的高分辨率XPS圖譜。
圖二 稀土摻雜無機鈣鈦礦電池的光伏性能表征
（a）電池結構斷面圖。
（b）不同稀土離子摻雜的鈣鈦礦電池的J-V曲線。
（c）不同稀土離子摻雜的鈣鈦礦電池的IPCE曲線。
（d）五種鈣鈦礦太陽能電池的效率穩(wěn)態(tài)輸出。
圖三 載流子壽命測試表征
不同稀土離子摻雜的鈣鈦礦薄膜的瞬態(tài)熒光衰減測試。
圖四 電荷復合測試表征
（a）短路電流密度與光強的關系。
（b）開路電壓與光強的關系。
（c）缺陷態(tài)密度測試。
（d）Tafer曲線測試
圖五 穩(wěn)定性測試表征
（a）電池在RH = 80%，T = 25 ℃下的穩(wěn)定性。
展開 陜西師大《Angew》：無機鈣鈦礦太陽能電池記錄效率20.8％！
X射線光電子能譜（XPS）結果中N 1s峰向高結合能移動，Pb 4f峰向低結合能移動，表明HA與鈣鈦礦表面未配位的Pb2+之間存在強的化學相互作用。
圖2 鈣鈦礦表面與HA之間的相互作用表征
紫外-可見吸收光譜和Tauc圖表明HA鈍化沒有改變鈣鈦礦的帶隙。根據(jù)紫外光電子能譜（UPS）的測量結果，發(fā)現(xiàn)HA鈍化以后鈣鈦礦薄膜的能帶向上移動，改善了從鈣鈦礦到空穴傳輸層在器件中的空穴提取，減少界面處的空穴復合。
圖3 HA 鈍化的無機鈣鈦礦薄膜的光學特性
經(jīng)過HA處理的器件的PCE提升到20.8%，而未經(jīng)處理的器件PCE為19.5%，其提升主要源自于VOC和FF的提升。處理后器件VOC和FF的增強表明鈣鈦礦表面缺陷已被HA成功鈍化，且HA鈍化后的器件具有更好的重現(xiàn)性。
圖4 基于CsPbI3-xBrx鈣鈦礦太陽電池的光伏性能
對于鈣鈦礦薄膜的一系列表征表明，鈣鈦礦薄膜表面的缺陷被鈍化，載流子的平均壽命延長，缺陷態(tài)密度明顯降低，表明HA鈍化器件中的電荷轉移增強和電荷復合過程減少。
圖5 HA處理對CsPbI3-xBrx鈣鈦礦薄膜表面的鈍化效果
綜上所述，在這項工作中，我們研究了位于無機CsPbI3-xBrx鈣鈦礦薄膜的表面缺陷，并使用生物相容性材料HA選擇性鈍化鈣鈦礦薄膜表面的缺陷。發(fā)現(xiàn)HA中的咪唑環(huán)通過路易斯酸堿反應優(yōu)先與VI相互作用，而–NH2基團可以通過形成氫鍵與相鄰的鹵化物相互作用，加強了HA分子在鈣鈦礦表面的吸附。這種協(xié)同效應顯著減少了未配位的Pb2+的數(shù)量。因此，具有HA鈍化的PSC顯著提高了VOC和FF，實現(xiàn)了20.8%的記錄PCE。該策略提供了一種合理的設計，可以有效地鈍化無機鈣鈦礦以實現(xiàn)高效率。
展開 comsol鈣鈦礦太陽能電池仿真
鈣鈦礦太陽能電池仿真，半導體模塊不會設置，需要出p-v J-V曲線圖，還請大神們指點一二
新型鈣鈦礦太陽能電池：穩(wěn)定、高效、便宜、便于制造！
導讀
近日，日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）的研究人員采用一種穩(wěn)定、高效且相對便宜的鈣鈦礦材料開發(fā)出新型太陽能電池。
背景
太陽能，是頗具代表性的新能源之一。其優(yōu)勢包括：清潔、可再生、無污染、易獲取等等。為了將太陽光的能量直接轉化為電能，我們通常要借助一種設備：太陽能電池。如今，太陽能電池在我們的身邊到處可見，例如：窗戶、墻壁、汽車、智能手機、平板電腦等物品中都會見到太陽能電池的身影。
（圖片來源：維基百科）
迄今為止，大多數(shù)的太陽能電池都是由硅制成，因為這種材料非常善于吸收光線。可是，硅面板的制造成本卻很昂貴。
科學家們一直都在研究由鈣鈦礦組成的結構，使之成為硅的替代品。真正的鈣鈦礦，是一種存在于地球中的礦物，它由鈣、鈦、氧分子經(jīng)過特殊排列而成。具有相同晶體結構的材料稱為鈣鈦礦結構。
相比于共棱、共面形式連接的結構，鈣鈦礦結構顯得更加穩(wěn)定，更有利于缺陷的擴散遷移。因此，鈣鈦礦具備了許多優(yōu)異的物理化學特性，例如電催化性、吸光性等。
（圖片來源：維基百科）
鈣鈦礦結構非常適合作為太陽能電池吸收光線的活性層，因為它們吸收光線的效率比硅更高，且成本更低廉。將鈣鈦礦結構集成到太陽能電池中，需要采用的設備也相對簡單。例如，它們可以溶解到溶劑中，直接噴涂到基底上面。
由鈣鈦礦結構組成的材料有望為太陽能電池設備帶來一場革命，但是卻具有一個嚴重的缺陷：它們通常很不穩(wěn)定，在高溫條件下性能會退化。這嚴重阻礙了它們的商用。
創(chuàng)新
日本沖繩科學技術大學院大學（OIST）能量材料與表面科學單位的研究人員，由Yabing Qi 教授領導，采用一種穩(wěn)定、高效且相對便宜的鈣鈦礦材料開發(fā)出太陽能電池，同時也為這種鈣鈦礦材料未來在太陽能電池中的應用鋪平了道路。
展開 瑞士開發(fā)出新的硅-鈣鈦礦太陽能電池組合技術
硅一直是太陽能電池技術的首選材料，因為其具有價格低廉、穩(wěn)定且高效等特點。一個不幸的消息是，硅太陽能電池的轉換效率正快速接近其理論極限。不過，將其與其他材料配對可能有助于突破該上限。
現(xiàn)在，瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(EPFL)和瑞士電子與微技術中心(CSEM)的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的硅和鈣鈦礦太陽能電池組合的技術，在他們的研究報告中提到，該種電池的研究室效率已經(jīng)突破了25.2%的效率紀錄——這是這種太陽能電池組合技術的全新記錄。
目前市場上的硅太陽能電池效率最高可達20%到22%，這并不差，但并不能使該技術有更大的發(fā)展空間。近年來，鈣鈦礦作為一種理想的替代品，其效率從2009年的3.8%提高到2016年的 20%以上。盡管如此，因為它的價格比普通硅太陽能電池貴，并且具有其自身的效率上限，商業(yè)化程度并不算高。
在一個太陽能電池中使用鈣鈦礦和硅可能有助于發(fā)揮這兩種材料的優(yōu)勢。鈣鈦礦在將綠光和藍光轉換為電能方面效果更好，而硅專用于紅光和紅外光，因此它們可以捕獲更寬的光譜范圍。
研究的作者Florent Sahli和Jérémie Werner表示，通過結合這兩種材料，就可以最大限度地利用太陽光譜并增加發(fā)電量，目前研究中所做的計算和工作表明，應該很快就能實現(xiàn)30%的效率。
該團隊的新型硅-鈣鈦礦太陽能電池已經(jīng)實現(xiàn)了25.2%的效率。這超過了2015年研發(fā)的由單晶硅太陽能電池和鈣鈦礦型太陽能電池層疊而成的串聯(lián)結構的太陽能電池，那時其效率僅為13.7%。
這些串聯(lián)電池的主要障礙在制造過程中。通常，鈣鈦礦將作為液體沉積在表面上，但硅的質地使其變得困難。硅電池的表面由大約五微米高的大量“金字塔”結構組成，這種結構可以更好地捕捉和吸收光線。
展開 
實現(xiàn)這類鈣鈦礦太陽能電池最高效率
使用光伏(PV)太陽能電池直接從太陽獲取能量是一種理想的解決方案。到目前為止，鈣鈦礦型太陽能電池(PSC)在過去十年中取得了前所未有的進步，經(jīng)認證的功率轉換效率(PCE)高達25.5%，這代表著未來光伏器件的一個有前途的方案。金屬鹵化物鈣鈦礦材料具有帶隙可調、吸收系數(shù)高、載流子遷移率高、電荷擴散長度長等一系列突出特點，加上材料成本低廉、制備工藝簡單，因此PSCs得到快速發(fā)展。然而，窗口電極的環(huán)境穩(wěn)定性差和制造成本高是阻礙其商業(yè)化的瓶頸。
來自英國薩里大學、中科院金屬所等單位的研究人員，介紹了一種解決這些瓶頸的策略，通過一種簡單的轉移技術用單壁碳納米管(SWCNTs)薄膜取代昂貴的銦錫氧化物(ITO)窗口電極，這種薄膜由富含地球的元素組成，具有優(yōu)異的化學和環(huán)境穩(wěn)定性。得到的器件在剛性襯底上的PCE為19%，這是迄今為止報道的不含ITO的PSC的最高值。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202104396
單壁碳納米管的簡易方法還可以應用于柔性PSC(f-PSC)，由于單壁碳納米管具有優(yōu)異的機械性能，提供了約18%的PCE值，與基于ITO基的同類產(chǎn)品相比具有卓越的機
械穩(wěn)健性。
基于單壁碳納米管的PSCs在大面積(本工作中為1cm
2
有效面積)上也表現(xiàn)出令人滿意的性能。
此外
，這些基于單壁碳納米管的PSC在暴露在空氣中超過700h后可以保持原始PCE的80%以上，而基于ITO的器件僅保持初始PCE的60%。
這項工作為加快無ITO PSCs的商業(yè)化進程、降低材料成本和延長使用壽命鋪平了一條充滿希望的道路。
展開 經(jīng)典回顧《Science》： CuSCN基鈣鈦礦太陽能電池效率超20％！
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aam5655
有機-無機鈣鈦礦型太陽能電池（PSC）中吸收劑層的形成和組成的調整已導致經(jīng)認證的功率轉換效率（PCE）超過20%。這些PCE是在保留電子選擇性TiO2層的同時，通過使用PTAA作為空穴傳輸材料（HTM）獲得的。然而，這些HTM的成本對于大規(guī)模應用來說非常高，原型有機HTM或其成分顯然是使用它們的PSC長期運行和熱不穩(wěn)定性的一個因素。解決這些成本和不穩(wěn)定性問題的一種策略是使用不必要的無機空穴提取層，類似于使用TiO2作為電子傳輸材料。
展開 高熱穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率超過21%
鈣鈦礦膜的GIWAXS圖和表征
a, b.兩種鈣鈦礦膜（a:w/o PTQ10；b:w/PTQ10）的二維GIWAXS圖
c.兩種鈣鈦礦膜的極像圖
d.表面涂覆PTQ10的鈣鈦礦膜的晶體的取向
圖3. 光伏性能和光致發(fā)光性能
a.鈣鈦礦和界面層的能級
b.鈣鈦礦太陽能電池在AM1.5G的光照下的電流密度-電壓曲線
c.含有PTQ10的鈣鈦礦太陽能電池的外量子效率光譜圖
d.穩(wěn)態(tài)能量裝換效率
e,f.兩種鈣鈦礦膜的穩(wěn)態(tài)光致發(fā)光光譜圖（e）和時間分辨光致發(fā)光光譜圖（f）
圖4. 瞬態(tài)光電壓和瞬態(tài)光電流
a.三種鈣鈦礦太陽能電池的瞬態(tài)光電壓
b.三種鈣鈦礦太陽能電池的瞬態(tài)光電流
圖5. 鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性和EDX譜圖
a.室溫、相對濕度為40%、無封裝的條件下的環(huán)境穩(wěn)定性
b.在85°C的氮氣箱中的熱穩(wěn)定性
c.老化后的基準器件的Ag、I、Pb三種元素的EDX線掃描
d.老化后的含有PTQ10的鈣鈦礦太陽能電池的Ag、I、Pb三種元素的EDX線掃描
【小結】
作者在平面n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池中引入了PTQ10作為雙功能界面層。它具有深能級，和基于FA的鈣鈦礦的價帶形成良好的能級匹配，促進空穴的提取。保護陽離子的相轉化技術也阻止鈣鈦礦表面的陽離子在退火過程中逃逸，確保鈣鈦礦的化學當量平衡。鈣鈦礦晶體有最佳的取向，導致鈣鈦礦太陽能電池的最佳能量轉換效率為21.2%。同時，它的熱穩(wěn)定性非常出色。
展開 突破：可穿戴鈣鈦礦太陽能電池效率15%！
目前，可穿戴電子設備的電源主要為鋰離子電池，其固有特性一定程度上限制了可穿戴電子的戶外使用性、安全性和人體皮膚貼合性。
近年來，金屬有機雜化鈣鈦礦太陽能電池以其優(yōu)越的光電轉換性能受到廣泛關注，為其作為電源應用于可穿戴電子設備提供了可能。然而到目前為止，柔性鈣鈦礦太陽能電池尚未能實際應用于可穿戴電子設備中。其重要原因之一是鈣鈦礦材料本身的易脆性，導致大面積電池效率重現(xiàn)性差和無法適合復雜的人體動作。
在科技部、國家自然科學基金委和中國科學院的大力支持下，中科院化學研究所綠色印刷重點實驗室研究員宋延林課題組科研人員近年來在印刷制備鈣鈦礦晶體及電池器件方面開展了研究。他們在印刷制備鈣鈦礦材料方面取得進展，實現(xiàn)了相比傳統(tǒng)工藝更環(huán)保的噴墨打印制備(J. Mater. Chem. A 2015,3, 9092-9097)；通過控制打印過程實現(xiàn)了鈣鈦礦單晶材料的可控生長(Sci.Adv.,2018,4,eaat2390;Small,2017,13,1603217)。基于電池器件圖案化設計也取得系列進展(Adv. Mater. 2018,30,1804454; Adv.Energy Mater., 2018,8,1702960.; Nano Energy, 2018,46:203-211; NanoEnergy, 2018,51:556-562)，并通過納米組裝-印刷方式制備蜂巢狀納米支架作為力學緩沖層和光學諧振腔，從而顯著提高了柔性鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和力學穩(wěn)定性(Adv.Mater.2017,29,1703236)。
在上述研究的基礎上，他們受自然界中珍珠質結晶機理及結構的啟發(fā)，引入兩親性彈性結晶基質到鈣鈦礦前驅體溶液中，以解決鈣鈦礦晶體薄膜的脆性問題。
展開 