开卷有益

编者注：专栏丨杂谈钙钛矿的第1期受到了大家的很多关注，讨论的刮涂法在钙钛矿光伏器件中所表现的明显优势。从NREL效率图来看，钙钛矿太阳能电池(PSCs)的效率一直在update。就在4月10日，KRICT创造了新的世界纪录，24.2%效率！

大家好，我是坡肉先生。今天是杂谈钙钛矿丨坡肉专栏第2期，要和大家分享的是主题是：“2019年Nature & Science系列期刊上的钙钛矿光伏纪录”。值得一提的是，两篇记录效率（当时的最高记录）陆续online，“超”稳定的钙钛矿器件崭露头角，低带隙Sn-Pb体系的最高效率也横空出世, 叠层器件的效率超过25%。品品这几篇力作，或许能够给大家更多的思考和启发。

写在前面的话

说钙钛矿真好！特指的就是有机无机铅卤化物钙钛矿。是的，目前研究最广泛、性能最佳器件就是这么有局限性！全无机钙钛矿、非铅钙钛矿以及混维钙钛矿只能说是潜力股，值得深入研究哈。Sn基钙钛矿不稳定，但是和Pb混熟了，叠层方面用处大！全Pb-Sn叠层钙钛矿的高效率已经出现，研究浪潮将会扑面而来！器件室温效率和稳定性依然是热点方向，也是走上商业化之路的必须要攻克的问题！效率做的高、稳定性测得久，有了这些的加持，Science和Nature怎么会对你视你不见（嘿嘿）！

一篇Nature为P3HT正名

第一篇来自于韩国化学技术研究所(KRICT)的Nature。 钙钛矿太阳能电池的认证效率高达22.7%。效率本身已经很厉害！仔细一看，哟！居然低成本室温P3HT空穴传输层都能这么牛气！你可知道，在PSCs研究初期，P3HT就不被大家看好（就是效率做不上去呗），目前最高也就16％。长期霸占高效率位置只有PTAA和spiro这些昂贵的材料。Eui Hyuk Jung团队通过钙钛矿表面上的正己基三甲基溴化铵的原位反应，在窄带隙光吸收层的顶部形成薄的宽带隙卤化物钙钛矿层，实验室测试的效率高达23.3%。在85％的相对湿度下，未封装器件表现出良好的稳定性；在室温标准光照下，封装器件具有长达1,370小时的工作稳定性。P3HT可以通过旋涂、刮涂法扩展到大面积模组，并分别实现16.3%和16.0％的效率（24.97cm²）。就在2019年4月10日，韩国化学技术研究所(KRICT)创造了新的世界纪录，24.2%效率！^[6]

实验室和认证效率图

 最新NREL效率图

一篇NaturePhotonics创记录

第二篇来自于中科院半导体研究所游经碧课题组的Nature Photonics。钙钛矿太阳能电池的认证效率再次被刷新！记录效率超过23%。该研究采用碘化苯乙铵（PEAI），钝化FAMA混合钙钛矿的表面缺陷。研究发现，PEAI可以在钙钛矿表面形成，并通过减少缺陷和抑制非辐射复合而高效器件。组装的平板型的钙钛矿太阳能电池获得23.32％（准稳态）的认证效率。值得注意的是，高达1.18 V的开路电压。1.18 V, 什么概念，做了好多年开压仍在1.09-1.12 V (实话是该拔高拔高了)！就是只有大神才能同时做到超高开压和超高短路电流！认证效率就出诞生！

结构示意图

23.3%认证效率图

漂亮的效率图欣赏完后，下来看看更实际的问题！PSCs的长期稳定性仍然是阻碍其商业化的关键问题。分子和离子的扩散导致光伏器件性能的不可逆的降解。

一篇Nature Communications告诉你，稳定性可以这么优秀

第三篇来自于华中科大陈炜联合上海交大的韩礼元团队的Nature Communication。该研究报道了一种通过铋界面层来提高器件稳定性的简便策略。铋界面层既可以防止外部水分的侵入，又可以保护金属电极免受碘腐蚀。基于铋界面层的器件在湿度、热和光照的测试下,表现出极大改善的稳定性。未封装的器件在黑暗环境中保持其初始效率的88％超过6000 小时;在85℃热老化和光照下，保持其初始值的95％；在氮气中500小时后，保持其初始效率的97％。同时还对比了其他几种金属，铋的表现就是这么优秀！想深入了解可以看看原文！

结构示意图和效率图

这篇Science真有趣，稳定性真厉害

从一个全新角度来分析，就是会发现其中Science!第四篇来自于北京大学周欢萍、孙聆东和严纯华院士课题组的Science。钙钛矿吸光层中的组分通常在器件加工和工作期间会产生铅（Pb⁰）和碘（I⁰）缺陷。这些缺陷不仅降低器件效率，而且加速器件的降解。研究人员提出了一种全新的机制，即通过在钙钛矿吸光层中引入具有氧化还原活性的Eu³⁺-Eu²⁺的离子对，实现了寿命周期内的本征缺陷的消除，从而大大提升了电池的长期稳定性。研究表明，Eu³⁺-Eu²⁺离子对充当“氧化还原穿梭”，其在周期性转变中同时氧化并减少I⁰缺陷。所制备的器件实现了21.52％效率。在标准太阳光照射和在最大功率点测试500小时后，器件仍分别保持92％和89％的效率，或者在85℃下加热1500小时仍91％的原始稳定效率。

“氧化还原穿梭”Eu³⁺-Eu²⁺离子对

稳定性测试

一篇Science创低带隙Pb-Sn电池记录

第五篇来自于美国国家能源部可再生能源实验室(NREL)的Kai Zhu、Joseph J. Berry和托莱多大学鄢炎发课题组的Science。基于全钙钛矿的多晶薄膜串联太阳能电池具有提供> 30％效率的潜力。然而，基于全钙钛矿的串联器件的性能受到缺乏高效率，低带隙Sn-Pb混合钙钛矿太阳能电池（PSC）的限制。该研究采用了硫氰酸胍（GuaSCN）显着改善低带隙（~1.25 eV）Sn-Pb混合钙钛矿薄膜质量，大大降低缺陷态密度和改善光电性能。组装的单结低带隙（~1.25eV）Sn-Pb混合钙钛矿电池，效率超过20%，这是目前Sn-Pb混合钙钛矿电池的最高效率。当与更宽的带隙PSC叠层时，可以获得25％效率的四结和23.1％高效的两四结全钙钛矿叠层太阳能电池。鄢炎发团队长期深耕Sn-Pb钙钛矿的研究，该体系的效率不断拔高均由该团队引领！可谓独领风骚，风景这边独好！

最后的胡思乱想

PSCs的效率突破24.2%, 稳定性也做得这么厉害。叠层也开始做的风生水起！Oxford PV作为钙钛矿-硅叠层的翘楚，已经进入D轮融资！期待NREL或者更多的企业高校继续推进全钙钛矿叠层，说不定唯我PSC独尊的局势即将到来！

然而，作为一位勤奋努力，科研时长超过996的修行者，我们能做的就是，大神，你们招不招博士、招不招Postdoc, 研究助理也行！我要继续逐梦，钙钛矿是我们的最爱（就问是不是？）

光伏器件交流QQ群：708759169

以上五篇工作是Nature系列和Science的最新前沿成果，如果想深入学习，还得探本溯源，博览群书般的在纳米人的官网上搜索相关文献，细细品味。畅想下，左手文献，右手文献，面前的电脑也是文献！这场景多么妙不可言呀！纳米人-钙钛矿文献总结，在纳米人官网搜索"钙钛矿”即可获取！

http://www.nanoer.net/

对！最后有彩蛋！鄢炎发团队的两篇Nature Energy文章不看看?

[1]Zhao, D. et al. Low-bandgap mixed tin–leadiodide perovskite absorbers with long carrier lifetimes for all-perovskitetandem solar cells. Nat. Energy 2, 17018.

https://doi.org/10.1038/nenergy.2017.18

[2]Zhao, D. et al. Efficient two-terminalall-perovskite tandem solar cells enabled by high-quality low-bandgap absorberlayers. Nat. Energy 3, 1093-1100.

https://doi.org/10.1038/s41560-018-0278-x

所有的参考文献在这儿：

[1] Eui Hyuk Jung, Nam Joong Jeon,Eun Young Park, Chan Su Moon, Tae Joo Shin, Tae-Youl Yang, Jun Hong Noh &Jangwon Seo. Efficient, stable and scalable perovskite solar cells usingpoly(3-hexylthiophene). Nature.   2019.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1036-3

[2] Qi Jiang, Yang Zhao, XingwangZhang, Xiaolei Yang, Yong Chen, Zema Chu, Qiufeng Ye, Xingxing Li, Zhigang Yin& Jingbi You. Surface passivation of perovskite film for efficient solarcells. Nature Photonics  2019.

https://www.nature.com/articles/s41566-019-0398-2 

[3]Wu, S., Chen, R., Zhang, S., Babu, B. H.,Yue, Y., Zhu, H., Yang, Z., Chen, C., Chen, W., Huang, Y., Fang, S., Liu, T.,Han, L. & Chen, W. A chemically inert bismuth interlayer enhances long-termstability of inverted perovskite solar cells. Nat. Commun. 2019.

https://doi.org/10.1038/s41467-019-09167-0

[4] A Eu³⁺-Eu²⁺ion redox shuttle imparts operational durability to Pb-I perovskite solar cells.Science 2019.

http://science.sciencemag.org/content/363/6424/265/tab-pdf

[5]Tong, J. et al. Carrier lifetimes of >1 μs in Sn-Pb perovskitesenable efficient all-perovskite tandem solar cells. Science, 2 019. http://science.sciencemag.org/content/early/2019/04/17/science.aav7911.abstract

[6]https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html

下期见！SEE YOU!