太陽能電池前沿研究成果精選【第1期】
1、ACS Nano：光誘導極化及其對鈣鈦礦太陽電池光伏行為的影響
近日，田納西大學胡斌教授（通訊作者）團隊報道了在無滯后甲基銨（MA）鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池中光誘導極化的實驗證明。基于CV測量，在光激發下在-0.5V至+0.5V的區間中觀察到具有寬的“肩帶”的異常電容-電壓（CV）信號，逐漸掃描DC偏壓以便在低交變偏壓（50mV，5KHz）下檢測局部極化。實質上，逐漸掃描DC偏壓和施加低交變偏壓可以在光激發下從局部極化分別產生連續的游離離子和CV信號。特別是當氯摻入時器件效率從12.41％提高到18.19％，這個異常的CV信號可以提高3倍。通過區分與界面電荷累積相關的表面極化，可以將該異常CV信號作為光致極化的標記。
文獻鏈接：Photoinduced Bulk Polarization and Its Effects on Photovoltaic Actions in Perovskite Solar Cells（ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b06413）
2、ACS Nano：供體-受體共軛大環化合物的合成及具有富勒烯的主-客體自組裝
近日，國家納米科學中心曾慶禱研究員、鄧珂研究員、杭州師范大學舒立金教授、萬俊華研究員（共同通訊作者）等人研究了構建供體-受體（D-A）共軛大環的富電子（供體）和貧電子（受體）單元，以闡明它們與貧電子富勒烯的相互作用。三苯胺（TPA）和4,7-二噻吩基-2,1,3-苯并噻二唑（BTTh2）通過乙炔分別作為供體和受體單元交替連接，用于五邊形3B2A和六邊形4B2A大環。通過掃描隧道顯微鏡（STM）檢測，發現兩種D-A大環在HOPG上形成可控濃度的納米多孔單層，其可以有效地捕獲富勒烯。
文獻鏈接：Donor-Acceptor Conjugated Macrocycles: Synthesis and Host-Guest Co-Assembly with Fullerene toward Photovoltaic Application（ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b06961）
3、Advanced Functional Materials：使用微波剝離多層黑磷的單壁碳納米管-硅異質結太陽能電池效率明顯增強
碳納米管-硅（CNT-Si）基異質結太陽能電池（HJSCs）是一種有前景的光伏（PV）系統。近日，弗林德斯大學Joseph G. Shapter（通訊作者）團隊利用微波輔助液相剝離法在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中生成了少量的黑磷（FL-BP）片材，并首次引入到CNTs-Si基HJSCs中。NMP基FL-BP片材與用于器件制造的CNT水分散體混合后保持穩定。由于其獨特的二維結構和p型占主導地位，摻入FL-BP/NMP的CNT-Si器件的功率轉換效率從7.52％（對照CNT-Si電池）顯著提高至9.37％。
文獻鏈接：Efficiency Enhancement of Single-Walled Carbon Nanotube-Silicon Heterojunction Solar Cells Using Microwave-Exfoliated Few-Layer Black Phosphoru（Adv.Funct.Mater,2017,
4、Advanced Functional Materials：原位低頻噪聲和阻抗譜揭示使用富勒烯和非富勒烯受體在有機太陽能電池中的重組動力學
苝二酰亞胺（PDIs）基的非富勒烯受體作為有機光伏（OPVs）受體的替代物已經引起人們的興趣，但是它們的電荷轉移現象并不清楚，特別是在體異質結（BHJs）中。近日，美國西北大學Mark C. Hersam（通訊作者）團隊通過在兩個BHJ OPV系統上執行相關的低頻噪聲和阻抗譜檢測來研究電荷傳輸和電流波動，一個使用富勒烯受體而另一個使用二聚PDI受體。在黑暗中，結果顯示與富勒烯基OPV相比，PDI基OPV具有更大程度的重組可能。此外，該研究是首次在有機太陽能電池中將1/f噪聲數據擬合到Kleinpenning模型，以揭示不同輸運狀態下潛在的電流波動。
文獻鏈接：Correlated In Situ Low-Frequency Noise and Impedance Spectroscopy Reveal Recombination Dynamics in Organic Solar Cells Using Fullerene and Non-Fullerene Acceptors（Adv.Funct.Mater,2017,
5、Advanced Materials：通過非富勒烯受體和具有寬組成容差的兩種聚合物供體實現高效三元共混聚合物太陽能電池
近日，西安交通大學馬偉教授、四川大學彭強教授、香港大學Wallace C. H. Choy（共同通訊作者）等人報道了高效三元共混有機太陽能電池（TB-OSCs）。三元混合層在300-800nm范圍內具有良好的互補吸收，其中PTB7-Th和PBDB-T具有優良的相互混溶性以及與SFBRCN具有理想的相分離。在這樣的裝置中，存在從PBDB-T到PTB7-Th以及從SFBRCN到上述兩種聚合物供體的多種能量轉移途徑。同時也觀察到從PTB7-Th到PBDB-T的空穴轉移以及受體和供體材料之間的多電子轉移，以提高整個器件的性能。
文獻鏈接：Highly Efficient Ternary-Blend Polymer Solar Cells Enabled by a Nonfullerene Acceptor and Two Polymer Donors with a Broad Composition Tolerance（Adv.Mater,2017,
6、Advanced Materials：平面結構鈣鈦礦太陽能電池效率超過21％
低溫溶液加工的平面結構鈣鈦礦太陽能電池最近受到了廣泛的關注，但其功率轉換仍然低于高溫介孔材料。近日，中國科學院半導體研究所游經碧研究員、張興旺研究員（共同通訊作者）團隊系統地研究了精確化學計量比，特別是PbI2含量對器件性能的影響，包括效率，滯后性和穩定性。發現PbI2的適當殘留可以提高穩定性，太陽能電池效率高，無滯后現象，而過多的殘留PbI2會導致嚴重的滯后現象和較差的輸送穩定性。
文獻鏈接：Planar-Structure Perovskite Solar Cells with Efficiency beyond 21%（Adv.Mater,2017,
7、Energy & Environmental Science:鈣鈦礦/硅同質串聯太陽能電池效率超過22％
具有高溫處理的同質結晶體硅（c-Si）太陽能電池已經在光伏行業中占據主導地位數十年，其全球市場份額約為93％。將晶體硅太陽能電池與高效率鈣鈦礦太陽能電池結合是提高功率轉換效率的可行途徑，并因此可以降低光伏系統的電力成本。近日，澳大利亞國立大學Wu YiLiang、Klaus J. Weber（共同通訊作者）等人為鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池提供了一個創新設計，頂部是一個介觀鈣鈦礦子電池，底部是一個耐高溫同質結c-Si子電池。c-Si底電池的溫度容限顯著提高了鈣鈦礦電池設計和制造的靈活性。在1 cm2電池上顯示出22.5％（穩態）的效率和1.75V的Voc。
文獻鏈接：Monolithic perovskite/silicon-homojunction tandem solar cell with over 22% efficiency（Energ. Environ.Sci.,2017,DOI:10.1039/C7EE02288C）
8、Energy & Environmental Science:具有微米級晶粒和微秒級載流子壽命的高性能可室溫加工鈣鈦礦
由于鈣鈦礦太陽能電池卓越的功率轉換效率（PCE），近來引起了人們的極大關注。近日，美國杜克大學Liu Jie、David B. Mitzi（共同通訊作者）等人報道了一種基于添加劑的室溫工藝，實現了高質量的具有微米級晶粒（>2μm）和微秒級載流子壽命的碘化甲基碘化鉛薄膜。使用這種薄膜的太陽能電池表現出18.22％的PCE，其具有改進的電流-電壓滯后性和穩定性。此外，還揭示了室溫加工的鈣鈦礦膜的粒徑強烈依賴于成膜液中的前體聚集粒徑，并且能夠將晶粒擴大到微米尺度。
文獻鏈接：Additive engineering for high-performance room-temperature-processed perovskite absorbers with micron-size grains and microsecond-range carrier lifetimes（Energ. Environ.Sci.,2017,DOI:10.1039/C7EE02288C）
9、Energy & Environmental Science:鈣鈦礦太陽能電池封裝的設計和見解
隨著研究的深入，鈣鈦礦太陽能電池的性能已經提高到了22％以上，環境穩定性也在不斷提高。近日，斯坦福大學Michael D. McGehee（通訊作者）團隊為了觀察從薄膜堆疊到器件性能和可靠性如何影響機械穩定性，對玻璃和兩種不同彈性模量的常用封裝材料的鈣鈦礦太陽能電池進行了對比研究。結果表明用更硬的離聚物Surlyn封裝的太陽能電池溫度循環和分層性能嚴重下降。相反地，太陽能電池封裝在較軟的乙烯醋酸乙烯酯中，經受了溫度循環，并在200次溫度循環后保持其初始性能的90％以上。
文獻鏈接：Design and understanding of encapsulated perovskite solar cells to withstand temperature cycling（Energ. Environ.Sci.,2017,DOI:10.1039/C7EE02564E）
10、Nano Energy：己內酰胺作為路易斯堿的協同效應和界面工程用于高效和穩定的平面鈣鈦礦太陽能電池
近日，中國科學院物理所孟慶波研究員（通訊作者）團隊將低成本己內酰胺（CPL）引入一步反溶劑工藝，首次制造出了高效穩定的平面鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）。發現CPL作為路易斯堿對Pb（II）具有較弱的配位能力，由于空間位阻作用，這種弱相互作用很容易被反溶劑滴落或退火破壞，從而形成一個整體式的致密膜。該方法的功率轉換效率（PCE）達到了19.2％。特別是，在室溫條件下，PSC表現出優異的穩定性，1200小時后，可保留其初始PCE的95％。
文獻鏈接：Synergistic Effect of Caprolactam as Lewis Base and Interface Engineering for Efficient and Stable Planar Perovskite Solar Cells（Nano Energy,2017,DOI:10.1016/j.nanoen.2017.10.048）
11、Nano Energy：柔性太陽能電池/超級電容器集成能源器件
為了滿足包括可穿戴電子產品在內的新興領域和屋頂太陽能集熱器等低密度應用的需求，柔性能量收集和存儲裝置已被廣泛報道。近日，萊斯大學Jun Lou（通訊作者）團隊設計，制造和表征了柔性可印刷染料敏化太陽能電池/超級電容器集成能量器件。這種新型器件具有以下幾個優點：柔性好，便攜，高電壓容量（高達1.8V），輕便，環保，增強了室內使用能力。該設備在室外測試的各種極端機械負載條件下表現出非常穩定的性能。
文獻鏈接：A Flexible Solar Cell/Supercapacitor Integrated Energy Device（Nano Energy,2017,DOI:10.1016/j.nanoen.2017.10.035）
本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。
材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。
歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。
投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。
材料測試、數據分析，上測試谷！
文章評論(0)