光伏鈣鈦礦的案例
配體工程在鈣鈦礦光伏器件中的重要作用
到目前為止，錫基鈣鈦礦，鉍基鈣鈦礦，雙鈣鈦礦的最高效率分別為9%， 1.64%，和2.5%，。我們推測配體輔助鈣鈦礦形成策略將顯著改善無鉛鈣鈦礦的性能，這也是鈣鈦礦光伏產品商業化之前的一個關鍵問題。同時，用于形成鈣鈦礦膜的一些配體也可用于合成高質量的鈣鈦礦單晶和量子點。
2）缺陷鈍化。大量實驗證明，設計功能配體以鈍化鈣鈦礦膜和界面陷阱中的缺陷可以有效地減少能量損失，從而改善PVSC的性能。為了指導有效配體的設計，應該深入了解不同鈣鈦礦材料中形成的類型和密度缺陷及其對電子傳輸性能和光伏性能的影響。應通過研究配位原子，烷基鏈長度，共軛體系和配體取代基對鈍化能力的影響來建立分子庫。
3) 穩定性。已經證明配體的合理設計通過減少缺陷和在鈣鈦礦晶體上形成防水層來顯著增強穩定性。其他因素（例如，氧，熱應力，離子遷移）導致鈣鈦礦的降解也可通過配體工程解決。例如，最近的研究表明氧化還原氧化化學可能是抑制由氧引起的鈣鈦礦氧化的潛在工具。配體穩定的FAPbI3和無機鈣鈦礦（如α-CsPbI3）是一個很有希望的候選者用于制造熱穩定太陽能電池的方法。可以使用低維的受抑制的離子遷移作為緩沖層，以避免由可移動的離子種類（例如，碘化物）引起的3D鈣鈦礦的降解。
我們注意到大多數先前的穩定性結果是通過保質期測試獲得的，這不能反映配體在操作條件下的有效性。因此，應制定標準方案來表征配體在提高PVSC穩定性方面的有效性。研究PVSC穩定性的可靠方法是在1太陽照度（AM 1.5G）下，優選在最大功率點（MPP）下，并且在室溫和高溫（例如85℃）下。應仔細控制實驗的大氣環境（例如，相對濕度為85％）。通過標準方案獲得的穩定性數據將有助于最終開發用于穩定PVSC的有效配體。
最后，組合的實驗和理論方法（例如，DFT計算）對于我們設計配體的分子結構也非常有幫助。
展開 光伏鈣鈦礦：鐵電鐵彈互懟，結果電致伸縮贏了
有機無機雜化金屬鹵化物鈣鈦礦，真的是一類神奇的材料。它一方面光電性能優異，在太陽能電池、光探測器、和發光二極管等諸多領域都大顯身手，潛力非凡，甚至被預測會得諾貝爾獎。而另一方面呢，它也仿佛蒙著一層神秘的面紗，總是讓人不識廬山真面目，更不知道其背后會藏有什么更多的把戲。這不，在大家還喋喋不休爭論其晶體結構到底是鐵電（極性）還是鐵彈（非極性）的時候，黃勁松組最新一篇Nature Materials論文卻告訴我們，它原來是大電致伸縮的。
電致伸縮其實并不奇怪，介電材料都有的現象，應變隨電場呈平方關系。奇怪的是電致伸縮效應通常都很小，可以忽略不計，而黃勁松組發現，甲胺碘鉛單晶有巨大的電致伸縮效應，在并不高的電壓下，就可以有高達1%的應變，如下圖所示：
由上圖(a)可見，研究人員雖然采用原子力顯微鏡（AFM）測量電致位移，但是與通常的壓電原子力顯微術（PFM）不同，他們的樣品表面沉積了電極，構成電容器結構。這一設計應該比較關鍵，因為采用PFM研究甲胺碘鉛的文章非常多，并沒有人觀測到大的電致伸縮效應。從圖（b）的數據來看，樣品電致伸縮應變高達1%，電致振動與激勵電場呈二倍頻關系且應變為負，顯示應變大小與電場呈平方關系，并被圖（c）所證實。圖（d）進一步表明應變大小和方向均與電場方向無關。在此前的PFM研究中，華盛頓大學黃博遠等人雖然也報道了二倍頻響應，并以其判斷甲胺碘鉛的極性，進而確定單晶甲胺碘鉛極性非極性疇交替共存的現象。但一個顯著差別是，黃博遠等所測的是高頻響應，而這篇文章所報道的是低頻響應。這是另外一個比較關鍵的點。
展開 《AFM》：雙添加劑同時提高鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能和穩定性
在研究中發現，鈣鈦礦前體溶液中的添加劑對不僅在形成鈣鈦礦相的同時堆積而且在鱗片邊界上鈍化缺陷。另外，在鈣鈦礦相的情況下，某種添加劑可以穩定鈣鈦礦相。在環境條件下不穩定。因此，提出含有氯化物（CL-）的添加劑作為碘化物對應物的替代，因為據報道氯化物陰離子促進晶粒生長以及鈣鈦礦晶粒的優選取向。添加劑是改善光伏性能而且相對于甲酰胺（FA）的相位穩定性的最佳方法之一。氯基添加劑（例如氯化甲基氯化銨（Mac1））通常用于改善FAPBI3的相位穩定性，然而通常導致開路電壓VOC的損失，并且由于揮發性而伴隨著鈣鈦礦相的不穩定性陽離子。
本文報告了一種改善VOC的雙層添加策略。MACl至CSCl的混合比從[MAC1]/ [CSCL] = 4開始變化，其中[MAC1] / [CSCL] = 2時的VOC顯示出最佳性能。CSCL的添加降低了捕集密度并增加了對電荷重組的阻力，這對V OC的增加提供了動力。此外，通過雙添加劑實現的缺陷鈍化能夠獲得比單一添加劑MACl更好的穩定性，這里的穩定性是在室溫下在相對濕度下在約40％的濕度下50天進行的長期穩定性測試。通過雙添加劑實現的最佳功率轉換效率為23.22％，其高于MACl或CSCL的單個添加劑的型號。
相關論文以題為Dual Additive for Simultaneous Improvement of Photovoltaic Performance and Stability of Perovskite Solar Cell發表在Adv. Funct. Mater.。
展開 一石三鳥—光、濕、熱全穩定的環境友好型銅基鈣鈦礦光伏新材料
【引言】
近幾年，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率已由2009年報道的3.8%快速提升到23%，掀起了全球范圍的研究熱潮。甲胺鉛鹵鈣鈦礦(CH3NH3PbX3, X = I, Br, Cl)材料具有高的吸光系數、長的載流子擴散長度、可調控的直接帶隙、有趣的載流子輸運性質和溶液法低成本制備等突出優勢。此外，甲胺鉛鹵鈣鈦礦材料也應用于LED、激光器、光電探測器甚至催化領域，儼然成為一種“萬能材料”。然而，CH3NH3PbX3吸光材料還存在穩定性低、含有毒的鉛元素這兩個致命的缺點，這也是鈣鈦礦太陽能電池能否最終實用化所面臨的兩大挑戰性難題。因此，非常需要尋找一種新型高穩定、低毒的有機無機雜化鈣鈦礦吸光材料。
【成果簡介】
近期，湘潭大學材料學院王金斌教授及鐘向麗教授等（共同通訊作者）在美國化學會旗下的國際知名期刊ACS Applied Energy Materials上發表題為“(C6H5CH2NH3)2CuBr4: A Lead-Free, Highly Stable Two-Dimensional Perovskite for Solar cell Applications”的研究論文。這項工作首次對環境友好型銅基鈣鈦礦材料(C6H5CH2NH3)2CuBr4的光電性質、穩定性及光伏性能進行了深入研究，發現(C6H5CH2NH3)2CuBr4不僅具有較高的吸光系數, 還具有優異的全方位穩定性，是目前報道的唯一能夠同時抵抗紫外光、濕、熱的不利影響的銅基鈣鈦礦材料。最后，文章證明了這種材料具有一定的光伏效應。
【圖文導讀】
圖一：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有層狀鈣鈦礦結構，從SEM可以清楚地看到其層狀特征。
圖二：(C6H5CH2NH3)2CuBr4具有禁帶寬度1.81 eV、吸光系數高，并研究了其能帶結構。
展開 
結構重建的CsPbI2Br鈣鈦礦用于高穩定和平方厘米級的全無機鈣鈦礦太陽能電池
【引言】
目前有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的能量轉換效率（PCE）已經高達23.3%，已經達到或超過產業化所需的要求。與此同時，無機銫-鹵化鉛PSC的研究也受到了廣泛的關注，目前報道的CsPbI3和CsPbI2Br 無機PSCs的PCE也分別超過了17%和16%。基于無機鈣鈦礦太陽電池進一步開發的全無機PSC由于其各功能層均具有優異的熱穩定性，有望從根本上解決傳統有機-無機雜化PSC的熱不穩定問題，從而顯示出更具競爭力的發展前景。新型全無機功能層材料及器件結構不斷被開發，器件的PCE也得到了節節攀升，小面積PSC已經能夠獲得超過13%的PCE，然而要實現這種光伏技術的工業化生產還需要進一步的提升其物相穩定性和大面積均勻性。在物相穩定性方面，無機鈣鈦礦材料從黑相（α相）到黃相（δ相）的相變被廣泛認為是無機PSC退化的主要原因。因此，需要制備α相穩定的銫-鹵化鉛鈣鈦礦薄膜，以實現全無機PSC的效率和穩定性的進一步提升。
【成果簡介】
近日，暨南大學和上海光源、華南理工大學合作，將InCl3引入無機CsPbI2Br鈣鈦礦晶格結構中發展了一種In3+和Cl-的共摻雜策略，從而成功獲得了α相純凈且穩定的鈣鈦礦薄膜，其與CsPbI2Br鈣鈦礦的共摻雜誘導的結構重建有關。研究中，所制備的全無機PSC不僅PCE有所提升，并且在空氣環境中表現出更優的濕度穩定性和熱穩定性。進一步地，通過輻射加熱方法，對于小面積（0.09 cm2）和平方厘米（1.00 cm2）的全無機InCl3:CsPbI2Br PSC，分別獲得13.74%和11.4%的最高PCE。
展開 基于分子鈍化的二維/三維鈣鈦礦本體異質結實現穩定高效甲脒基鈣鈦礦太陽電池制備
研究發現，二維Ruddlesden-Popper型鈣鈦礦的引入，可以優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定性，在40%的濕度環境下存放60天仍維持其原有效率的87%。此項研究工作創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應用做出貢獻。
展開 牛津大學《ACS EL》：錫鉛鹵化物鈣鈦礦的光電特性！
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金屬鹵化物鈣鈦礦最近成為太陽能發電的一類令人興奮的新型半導體，其器件效率目前與商用硅電池的效率相當。到目前為止，單結器件的最高功率轉換效率（PCE）依賴于鉛基鈣鈦礦的優異性能，其具有很強的吸收能力，較長的電荷載流子壽命和擴散長度，和高缺陷容限。然而，鹵化鉛鈣鈦礦可達到的最低帶隙約為1.5eV，單結器件的最大理論效率需要1.3 eV。加上對可溶形式鉛毒性的關注，這些問題導致了對替代金屬鹵化物半導體的研究增加。目前，解決這些問題最有希望的材料是混合金屬錫，其中A位通常由甲脒（FA+）、甲基銨（MA+）、銫（Cs+）或其混合物占據，x位主要由碘化物占據（以實現最低帶隙），但也有報道稱含有溴。如最近綜述所述。與鈣鈦礦硅串聯電池相比，這種器件結合了多種結構的增強效率、更低的加工溫度和更高的成分可調性。
Sn基鹵化鉛鈣鈦礦在光伏器件中有著明顯的優勢，對其潛在光電特性的認識仍在不斷涌現。
展開 《ACS EL》：一種穩定的全鈣鈦礦白色發光納米晶體！
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金屬鹵化物鈣鈦礦（MHP）納米晶是一種很有前途的發光材料。可以容易地制備具有各種發光顏色的NCs。這些NCs涂有表面活性劑分子，可在非極性或中等極性有機溶劑中使其穩定。然而，NCs對水分、極性溶劑和長時間輻照的穩定性較差。此外，當不同發射顏色的MHPNCs沉積在固體薄膜中或混合在膠體懸浮液中時，它們會經歷鹵化物離子交換。這種NCs間的反應性限制了MHPNCs作為多色發射器的使用。到目前為止，白光發射主要通過將綠色發光鈣鈦礦NCs與有機染料或金屬硫系NCs混合來實現。類似地，在下轉換白光發光器件中，通過將綠色發光鈣鈦礦型NCs與商用UV-LED芯片和非鈣鈦礦型紅色熒光粉相結合，實現了白光發射。
具有疏水特性的聚合物是保護MHP NCs免受極性溶劑侵害的理想選擇，并已在這方面進行了廣泛測試。例如，先前的研究表明，將CsPbBr3 NCs嵌入不同的聚合物基質中可顯著提高此類NCs的穩定性。
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定、高效且相對便宜的鈣鈦礦材料開發出新型太陽能電池。
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定，更有利于缺陷的擴散遷移。因此，鈣鈦礦具備了許多優異的物理化學特性，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：它們通常很不穩定，在高溫條件下性能會退化。這嚴重阻礙了它們的商用。
創新
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，采用一種穩定、高效且相對便宜的鈣鈦礦材料開發出太陽能電池，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 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。根據紫外光電子能譜（UPS）的測量結果，發現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
經過HA處理的器件的PCE提升到20.8%，而未經處理的器件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。發現HA中的咪唑環通過路易斯酸堿反應優先與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。這種協同效應顯著減少了未配位的Pb2+的數量。因此，具有HA鈍化的PSC顯著提高了VOC和FF，實現了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高效率。
展開 
獲得一種效率破紀錄的鈣鈦礦型LED！
通過優化材料和器件結構，鈣鈦礦型發光二極管（LED）取得了顯著的進展，外部量子效率（EQEs）現已超過20%，接近有機LED的水平。
為了實現鈣鈦礦型LED的商用化，簡化其制備工藝是非常重要的。來自南京工業大學等單位的研究人員展示了基于溶液處理多量子阱（MQW）鈣鈦礦結構的無空穴傳輸層發光二極管。多量子阱鈣鈦礦能自組裝成垂直梯度分布的獨特結構，其頂部覆蓋有二維層狀鈣鈦礦和類三維鈣鈦礦，自然形成電子向陽極界面傳輸的勢壘，從而提高電荷俘獲效率。這使得無空穴傳輸層多量子阱鈣鈦礦型發光二極管的外量子效率（EQE）達到9.0%，發射峰值為528 nm，是具有相同器件結構的三維鈣鈦礦型發光二極管的6倍以上，代表了無空穴傳輸層鈣鈦礦型發光二極管的創紀錄EQE。
相關論文以題目為“
Multiple-quantum-well perovskite for hole-transport-layer-freelight-emitting diodes
”
發表在
Chinese Chemical Letters
期刊上。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1001841721004848
典型地，鈣鈦礦型LED由位于電子傳輸層（ETL）和空穴傳輸層（HTL）之間的發射活性層組成，其起到傳輸電子/空穴傳輸和阻斷相反載流子的作用。為了實現良好的載流子注入和復合，這種器件結構對傳輸層的設計提出了很高的要求。這些設備通常采用多傳輸層結構，因此通常包括界面修飾層。此外，由于鈣鈦礦的結晶很容易受到底層的影響，這使得鈣鈦礦型LED的制備變得更加復雜。
展開 西安建大&北理工《AFM》：一步法制備高性能鈣鈦礦量子點！
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一種新的鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層
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鄭大《CEJ》：首次提出一種在室溫合成鈣鈦礦納米晶的策略！
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894721009499
全無機鹵化物鈣鈦礦納米晶體（NCs）因其優異的性能，包括其高的熱穩定性，窄帶發射，高的光致發光量子產率和溶液的可加工性而得到了廣泛的研究。在各種無機鹵化物鈣鈦礦中，CsPbI3 NCs因其理想的帶隙（~1.7 eV）和有效的光吸收而被廣泛用于紅色發光二極管（LEDs），太陽能電池（SCs）和光電探測器（PDs）。此外，基于CsPbI3 NCs的光電器件已顯示出高性能，其表現為SCs的功率轉換效率為17.39％，LEDs的外部量子效率（EQE）為14.8％。但是，這些設備中使用的NCs是通過典型的熱注射方法合成的，該方法需要較高的反應溫度，惰性氣體保護和復雜的操作過程。同時，熱注射導致無法可控合成，并限制了工業應用中NCs的大規模合成。因此，迫切需要開發一種方便的室溫合成方法，因為這些簡化的方法可以促進CsPbI3 NCs在各種光電設備中的使用。
鈣鈦礦CsPbI3 NCs室溫下合成的主要困難是熱不平衡誘導的亞穩態（黑色）到穩定（黃色）相變。形成的CsPbI3 NCs在高水分和氧氣以及熱或極性溶劑的條件下易于從黑色鈣鈦礦相（α-立方，β-四方和γ-斜方晶）轉變為熱力學穩定的黃色非鈣鈦礦相（δ-斜方晶）。而且，由于Cs+的體積較小，很難維持形成周期性鈣鈦礦結構所需的[PbI6]4-八面體，并且在晶體生長過程中出現了不需要的八面體畸變。因此，控制鈣鈦礦相CsPbI3 NCs的合成過程中的熱平衡是必要的。
通過摻雜和缺陷控制，以及配體或添加劑的輔助，在低溫和室溫下制備了鈣鈦礦相CsPbI3薄膜。
展開 瑞士開發出新的硅-鈣鈦礦太陽能電池組合技術
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揮這兩種材料的優勢。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。
Sahli表示，到目前為止，制造鈣鈦礦/硅串聯電池的標準方法是弄平硅電池的“金字塔”，但這會降低其光學性能，并因此降低其性能。而之后將鈣鈦礦電池沉積在其頂部這一步，還增加了制造過程的步驟。
在這項研究中，科學家首先使用蒸發來創建覆蓋“金字塔”的無機基層。
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