鈣鈦礦電池的案例
：EDTA-SnO2作為電子傳輸層刷新平面鈣鈦礦電池效率紀
圖四 鈣鈦礦電池器件性能表征
(a) 鈣鈦礦電池器件結構及J-V性能曲線；
(b) 鈣鈦礦電池的IPCE光譜；
(c) 鈣鈦礦電池的穩(wěn)態(tài)電流密度及光電轉換效率測試；
(d) 鈣鈦礦電池的效率統(tǒng)計分布。
圖五 載流子傳輸動力學研究
(a) 鈣鈦礦電池的Voc衰減曲線；
(b, c) 不同光強下測試得到鈣鈦礦電池的Jsc和Voc；
(d) 鈣鈦礦電池的EIS圖譜。
圖六 鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性及遲滯測試
(a) 未封裝鈣鈦礦電池大氣環(huán)境下穩(wěn)定性測試；
(b) 未封裝鈣鈦礦電池在100mW cm-2光照下穩(wěn)定性測試；
(c, d) 鈣鈦礦電池的正反測試的J-V性能曲線。
圖七 柔性鈣鈦礦電池器件性能表征
(a) 柔性鈣鈦礦電池的J-V性能曲線；
(b) 柔性鈣鈦礦電池在不同彎曲半徑下的光電轉換效率；
(c) 柔性鈣鈦礦電池的IPCE光譜；
(d) 柔性鈣鈦礦電池的效率統(tǒng)計分布。
【小結】
研究人員使用E-SnO2作為平面鈣鈦礦電池的電子傳輸層，顯著改善了鈣鈦礦薄膜的晶粒尺寸和結晶性，使得器件光電轉換效率及穩(wěn)定性都有了極大提高。此外，將E-SnO2應用于柔性鈣鈦礦電池中，器件效率最高可達18.28%。
展開 半導體化學添加劑修飾制備高效率且穩(wěn)定的反式平面鈣鈦礦電池
圖三 鈣鈦礦薄膜的載流子動力學及缺陷鈍化表征
(a) 鈣鈦礦薄膜的穩(wěn)態(tài)PL光譜；
(b) 鈣鈦礦薄膜的TRPL光譜；
(c) 純電子傳輸的鈣鈦礦器件ITO/SnO2/perovskite/PCBM/LiF/Ag的J-V曲線；
(d) 鈣鈦礦電池的暗態(tài)J-V曲線，根據顯著減小的暗電流推斷出器件明顯增加的Voc，進一步證明了SA-2的缺陷鈍化作用；
(e) 純電子傳輸的鈣鈦礦器件的SCLC測試表明SA-2處理的鈣鈦礦器件顯示出更低的缺陷密度，進一步表明SA-2缺陷鈍化的有效性；
(f, g) 強度調制光電流(IMPS)和光電壓譜(IMVS)的Nyquist圖，進一步證明SA-2促進了光生載流子的快速提取以及缺陷的有效鈍化。
圖四 鈣鈦礦電池器件穩(wěn)定性測試
(a) 鈣鈦礦電池器件在持續(xù)光照下的穩(wěn)定性測試（溫度25℃，濕度60%）；
(b) 鈣鈦礦電池器件在無光照下的穩(wěn)定性測試（溫度25℃，濕度40%）；
(c) 鈣鈦礦電池器件在氮氣手套箱中100℃熱穩(wěn)定性測試；
(d) 鈣鈦礦薄膜的接觸角測試。
【小結】
在該研究中，作者在鈣鈦礦薄膜中引入半導體化學添加劑，制備得到高效率且穩(wěn)定的倒置結構的鈣鈦礦電池。研究人員通過在鈣鈦礦層中引入SA-1，顯著提高了器件的短路電流和填充因子，最高效率為18.8%，其效率的改善主要歸因于鈣鈦礦膜中較大晶粒的形成以及SA-1的較高載流子遷移率，進而減少了晶界并改善了載流子的提取。
展開 全鈣鈦礦疊層太陽能電池重要進展
然而，此前報道的全鈣鈦礦疊層電池效率仍然低于單結電池的記錄效率（25.7%），且與理論預測效率43%還有較大的差距。現已報道的疊層電池的效率主要受限于較小的短路電流密度，其中窄帶隙鈣鈦礦電池無法實現高的短路電流，是導致疊層電池短路電流密度較小的最主要原因。鉛錫共混鈣鈦礦的晶粒表面缺陷密度高、載流子擴散長度較短，限制了厚鈣鈦礦吸光層薄膜在實際器件中的應用，制約了全鈣鈦礦疊層電池的性能。
為解決上述瓶頸，本工作提出通過鈍化窄帶隙鈣鈦礦晶粒表面缺陷來提升薄膜的載流子擴散長度，從而制備出具有較厚吸光層和更高短路電流密度的電池，為實現更高效率的疊層電池奠定基礎。
表界面缺陷鈍化是提升鈣鈦礦電池性能的常用策略，但鈍化分子與晶粒表面間的相互作用機制一直尚未明晰；其次，加熱結晶過程中，鈍化分子表面吸附動力學過程對于表面缺陷鈍化效果至關重要，但領域中前期研究對這一關鍵點尚未引起關注。本工作中，通過分子動力學模擬研究發(fā)現，常用的鈍化分子苯乙銨陽離子(PEA)在鈣鈦礦結晶過程中（溫度大約100°C），與鈣鈦礦晶粒表面的吸附較弱，未能完全鈍化表面缺陷位點。通過結構設計來調控鈍化分子的極性，采用銨基端正電性更強的4-三氟甲基苯銨陽離子(CF3-PA)作為窄帶隙鈣鈦礦的鈍化分子，可以有效提升鈍化分子在結晶溫度下與缺陷位點的吸附能力。DFT計算結果表明，CF3-PA的極性強于PEA分子，與表面缺陷間具有更強的結合能，能更充分和更有效地鈍化表面缺陷（如圖1所示）。
圖1. 鈍化劑與窄帶隙鈣鈦礦表面的相互作用。
展開 :多功能小分子+無反溶劑，CsFAPbI3鈣鈦礦電池效
【引言】
有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因其高的光電轉換效率及簡單廉價的制備工藝，在光伏領域掀起了新的研究熱潮，是當前發(fā)展最快的新一代薄膜光伏器件。短短幾年內，基于當前主流的FA/MA混合陽離子體系的鈣鈦礦電池效率已經達到22.7%，與商業(yè)化的晶硅太陽能電池相當。然而制約其進一步發(fā)展及應用的主要問題包括：MA陽離子的存在制約了器件的穩(wěn)定性（濕穩(wěn)和熱穩(wěn)）；反溶劑工藝難以實現大面積器件的制備；低溫制備得到的多晶鈣鈦礦薄膜晶界和界面處存在大量缺陷，誘導載流子非輻射復合，易于產生離子遷移及水/氧滲透等，嚴重影響器件的性能及穩(wěn)定性。這些因素為鈣鈦礦材料和分子添加劑工程設計提供了指導，尤其是增強鈣鈦礦層與空穴傳輸層之間的界面接觸。近年來已有研究主要集中在穩(wěn)定的FAxCs1-xPbX3成分的鈣鈦礦材料中，然而光電轉換效率都低于18%。為了獲得更高的電池性能，必須同時改善薄膜質量并增強鈣鈦礦層與電子和空穴傳輸層的界面接觸。
【成果簡介】
近日，洛桑聯邦理工大學Michael Gr?tzel教授團隊提出多功能分子設計策略來調控鈣鈦礦的結構和性能。團隊選用穩(wěn)定的FA0.9Cs0.1PbI3鈣鈦礦組分作為光吸收層，設計了多種小分子調節(jié)劑，分別為S、N及雙功能SN (分子結構見圖1)，設計思路為使用能與鈣鈦礦特定組份相互作用的硫醇基和胺基來功能化疏水芳香團。團隊研究發(fā)現N能有效抑制A位陽離子空位缺陷，S能顯著增加晶粒尺寸并鈍化表面未配位的Pb(II)離子，并采用獨特的互變異構形式連接這兩個功能基團進而獲得雙功能SN，同時增強了鈣鈦礦的晶粒尺寸和結晶度，減少了界面和表面的缺陷，有效改善了鈣鈦礦電池光伏性能。
展開 
. : 納米顆粒功能化氧化石墨烯顯著提升反式平面鈣鈦礦電池效率
圖三 鈣鈦礦電池器件性能表征
(a) 不同空穴傳輸層器件的J-V性能曲線；
(b) 不同空穴傳輸層器件的IPCE光譜。
圖四 鈣鈦礦電池光伏參數箱式分布
圖五 鈣鈦礦薄膜光學表征
(a) 穩(wěn)態(tài)PL光譜；
(b) 瞬態(tài)PL光譜。
圖六 鈣鈦礦電池器件的瞬態(tài)光電測試
(a) 短路條件下的瞬態(tài)光電流衰減測試；
(b) 開路條件下的瞬態(tài)光電壓衰減測試。
【小結】
研究人員采用Au和MoOx納米顆粒改性GO薄膜，用作反式鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層，器件的開路電壓明顯提高。其中MoOx功能化GO薄膜作為空穴傳輸層，因其p型摻雜效應，顯著抑制鈣鈦礦層與GO層界面的電荷復合，從而提高器件的性能。該研究為發(fā)展碳基空穴傳輸層鈣鈦礦電池提供了新的思路與方法，推動了反式鈣鈦礦器件的進一步發(fā)展。
文獻鏈接：Functionalization of Graphene Oxide Films with Au and MoOx Nanoparticles as Efficient p-Contact Electrodes for Inverted Planar Perovskite Solar Cells（Adv. Funct.
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 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 基于分子鈍化的二維/三維鈣鈦礦本體異質結實現穩(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，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 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。
現在，瑞士洛桑聯邦理工大學(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30%的效率。
該團隊的新型硅-鈣鈦礦太陽能電池已經實現了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結構的太陽能電池，那時其效率僅為13.7%。
這些串聯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 基于石墨炔體異質結且濕穩(wěn)性高的高效鈣鈦礦太陽能電池
【引言】
鈣鈦礦太陽能電池以其優(yōu)異的能量轉換效率，在光伏領域掀起了新的研究熱潮。近幾年，鈣鈦礦電池的光電轉換效率逐步飛升，通過調整鈣鈦礦成分使其效率已高達到22%。這種強大的電池性能主要歸功于鈣鈦礦材料獨特的特性，如低激子結合能、吸收可見光的可調帶隙、高吸收系數、特別是雙極性特性。研究發(fā)現，鈣鈦礦多晶薄膜的電子、空穴遷移率差異較大，尤其對于P型鈣鈦礦，其空穴遷移率遠高于電子遷移率。當器件在光照時，電子傳輸必然存在一定損耗。構建體異質結是加速激子分離、提高光生載流子抽取和輸運效率的有效手段。目前，基于體異質結的有機太陽能電池的應用已經非常成功，但是將體異質結應用于鈣鈦礦太陽能電池的工作鮮有報道。顯然，選擇合適的半導體材料（高的載流子遷移率以及合適的能帶結構）是構建高性能體異質結的關鍵。
石墨炔是一種sp和sp2雜化的π共軛體系的二維材料，其獨特的碳結構賦予了材料新的內涵，包括豐富的碳化學鍵、大的共軛體系、寬面間距、優(yōu)良的物理化學穩(wěn)定性和平面內均勻分布的孔洞結構，表現出n型半導體特性，且擁有適當的帶隙、理論上高的電子態(tài)密度及良好的疏水性。
【成果簡介】
近日，物理所李冬梅、孟慶波教授聯合北化所李玉良院士（共同通訊作者）在鈣鈦礦太陽能電池展開合作，通過反溶劑法一步將石墨炔引入FA0.85MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3鈣鈦礦層，構建了石墨炔/鈣鈦礦（GDY/PVSK）體異質結薄膜。
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實現了超過13%的能量轉換效率，并實現了在氮氣中，85℃下加熱360h，效率衰退在20%之內，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 新方法：采用“鉀”提升新一代鈣鈦礦太陽能電池性能！
導讀
近日，英國劍橋大學領導的國際科研團隊發(fā)現，采用簡單的鉀溶液可以提高新一代太陽能電池的光電轉換效率，將更多的陽光轉化為電力。
背景
鈣鈦礦（Perovskite），是一類有著與鈦酸鈣（CaTiO3）相同晶體結構的材料。對于這種材料的具體結構，筆者之前的文章中多次介紹，這里就不贅述了。
（圖片來源：維基百科）
相比以共棱、共面形式連接的結構，鈣鈦礦結構更加穩(wěn)定，有利于缺陷的擴散遷移。因此，鈣鈦礦也具備了許多異乎尋常的物理化學特性，例如電催化性、吸光性等等。
鈣鈦礦材料的應用前景非常廣，例如光通信、數據存儲、太赫茲通信、太陽能電池領域。目前，備受關注和追捧的要屬鈣鈦礦太陽能電池。鈣鈦礦太陽能電池投入市場以及大規(guī)模應用指日可待，并有望引領未來太陽能電池市場的新走向。
韓國蔚山國立科技研究所（UNIST）發(fā)明的鈣鈦礦太陽能電池
（圖片來源：UNIST）
阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）采用鈣鈦礦納米晶體進行照明和數據通信
（圖片來源：KAUST）
瑞士洛桑聯邦理工學院采用鈣鈦礦材料進行數據存儲
（圖片來源：László Forró/瑞士洛桑聯邦理工學院 ）
雖然鈣鈦礦的發(fā)展?jié)摿薮螅侨杂幸恍┮蛩刈璧K了其效率和一致性。鈣鈦礦晶體結構中的小缺陷，也稱為“陷阱（traps）”，將引起電子在其能量能被利用之前產生“遲滯效應”。電子在太陽能電池材料中運動得越方便，材料將光子（光的粒子）轉化電力的效率就會越高。另外一個問題，就是在遭到光線照射時，離子會在太陽能電池中移動，從而引起能帶隙（bandgap）的變化，即材料吸收的光線顏色會發(fā)生變化。
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 中科院化學所宋延林研究員團隊《Nano Energy》：基于氣泡模板自組裝的透明電極，實現高效柔性鈣鈦礦太陽能電池的制備
要點二：透明電極表面凸起的微結構促進了鈣鈦礦的均勻結晶，并優(yōu)化了光生載流子的提取與傳輸。
凸起的銀網格結構在鈣鈦礦前驅體溶液結晶過程中起到了限域作用，從而促進了鈣鈦礦晶體的均勻生長。同時，有序的銀網格結構形成了定域化的載流子傳輸通道，從而優(yōu)化了光生載流子的提取與傳輸。
圖2：a) 鈣鈦礦在柔性電極表面結晶的示意圖；b) 鈣鈦礦薄膜的表面掃面電子顯微鏡圖片；c,d) 掠入射廣角X射線散射（GIWAX）圖樣；e) 紫外可見吸收與穩(wěn)態(tài)熒光光譜；f,g）瞬態(tài)熒光衰減光譜。
要點三：半包埋銀網格電極有助于提升柔性太陽能電池中的光電轉化效率與電荷傳輸效率。
由于柔性銀網格的低方阻、高透光等特點，基于該透明電極的柔性鈣鈦礦太陽能電池器件效率（18.49%）明顯高于基于傳統(tǒng)ITO/PET電極的器件（15.11%），并表現出更優(yōu)的電荷傳輸性能。
圖3：a) 太陽能電池的器件結構；b) J-V曲線；c) 外量子效率；d) AM 1.5 光照下穩(wěn)態(tài)電流與效率；e,f) 不同光強下的Voc與Jsc；g)SCLC 曲線；h)暗態(tài)J-V曲線；i)電化學阻抗譜。
本文采用的氣泡模板自組裝制備柔性透明銀網格的方法，克服了傳統(tǒng)自上而下方法帶來的銀致密性不足與銀墨水浪費等問題，為柔性鈣鈦礦太陽能電池的開發(fā)提供了新的思路。
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