重磅推薦|材料人帶你回顧2017年度Nature和Science鈣鈦礦電池研究進展
鈣鈦礦型（perovskite）太陽能電池是繼染料敏化之后的又一新型有機/無機薄膜太陽能電池。鈣鈦礦材料晶格通常呈或八面體形狀，分子通式為ABO3。鈣鈦礦太陽電池采用有機無機混合結晶材料——有機金屬三鹵化物CH3NH3PbX3（X=Cl, Br, I）作為光吸收材料，該材料具有合適的能帶結構，其帶隙為1.5eV，因與太陽光譜匹配而具有良好的光吸收性能，很薄的厚度能夠吸收幾乎全部的可見光用于光電轉換。其中代表性的CH3NH3PbX3-x（x=1，2，3）是具有鈣鈦礦結構的自組裝晶體，短鏈有機離子、鉛離子以及鹵素離子分別占據鈣鈦礦晶格的A、B、X位置，由此構成三維立體結構，擁有近乎完美的結晶度。由于長鏈有序的PbCl3-或PbI3-八面體體系有利于電子的傳輸，該材料具有非常優異的電子輸運特性，載流子擴散長度較傳統有機半導體高出1-2個數量級，優異的材料性質為制備高效鈣鈦礦型薄膜太陽電池提供了基礎。同時鈣鈦礦薄膜材料合成方法簡易，既可以通過共蒸發法實現，也可以通過低成本溶液加工法實現。
與傳統晶體硅太陽電池相比，鈣鈦礦薄膜太陽電池具有高開路電壓（＞1V）、低溫低能耗（＜200℃）、適合于柔性襯底材料等優勢，可以兼顧效率和成本。鈣鈦礦太陽電池發展經歷了敏化結構、介孔結構、柱狀填充以及平面異質結等四個階段。其中全固態平面異質結構具有制備工藝簡單、轉換效率高等特點。
2017年馬上過去了，各位大牛齊發力，鈣鈦礦電池的效率也不斷在提高，作為最有影響力的兩大期刊，Science和Nature自然不會錯過鈣鈦礦的最關鍵歷史時刻。在此，小編為大家總結了Science和Nature兩大期刊2017年有關鈣鈦礦太陽能電池的研究進展，首先說一下Science，小編把每個月Science發表的有關鈣鈦礦的文章匯總如下圖：
可以看到，Science2017年度有關鈣鈦礦太陽能電池的文章共11篇，其中2、3、4、6、7、12每個月都有一個工作在Science發表，而11月份突然增到5篇，小編進一步了解到，這是因為在11月的一期中，Science對鈣鈦礦的研究做了一個專題，發表了5篇綜述文章，介紹了鈣鈦礦的起源、發展、應用以及面臨的挑戰，以顯示鈣鈦礦研究的意義重大。下面為大家列出了Science2017年度關于鈣鈦礦的一些文章：
1、Science：采用接觸鈍化法制備高效穩定的平面鈣鈦礦型太陽能電池
來自多倫多大學的Edward H. Sargent教授（通訊作者）帶領的研究團隊使用氯氣覆蓋二氧化鈦膠體納米晶（NC）膜以達到接觸鈍化的目的，減少界面重組并改善低溫時平面太陽能電池界面結合薄膜的性能。實驗制造的太陽能電池的活躍區域為0.049和1.1平方厘米，通過低溫溶液處理，分別實現20.1%和19.5%的穩定效率。太陽能電池的效率> 20%，在 1太陽照度下，最大功率點在室溫下連續運行500h后仍保留了初始值的90%（暗恢復后達到97%）。
文獻鏈接：Efficient and stable solution-processed planar perovskite solar cells via contact passivation（Science,2017,DOI: 10.1126/science.aai9081）
2、Science：超快速瞬態吸收顯微鏡監測混合鈣鈦礦中熱載流子的遠程輸運
美國普渡大學的黃麗白教授(通訊作者)報道了該研究團隊關于捕獲混合鈣鈦礦中熱載流子的最新研究成果。該研究團隊利用具有50 nm空間精度和300 fs時間分辨率的超快速瞬態吸收顯微鏡(TAM)直接觀察CH3NH3PbI3薄膜中熱載流子的遷移，發現并揭示了熱載流子三種不同的運輸方式，包括初始熱載流子的準運輸，用于受保護長壽命熱載流子的非平衡運輸，以及用于冷卻載流子的擴散運輸。研究者所觀察到的準三重運輸與剩余動能相關，該剩余動能導致熱載流子具有長達230 nm的運輸距離，并且可以克服晶界的阻礙進行運輸。在達到擴散運輸極限之前，非平衡運輸能夠持續數十皮秒，運輸距離約600 nm。這些結果表明基于混合鈣鈦礦形成的熱載流子裝置具有潛在的應用價值。
文獻鏈接: Long-range hot-carrier transport in hybrid perovskites visualized by ultrafast microscopy(Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aam7744)
3、Science: 具備超高壓電響應性能的有機-無機鈣鈦礦鐵電體
東南大學的熊仁根教授與游雨蒙教授，美國托萊多大學的Yanfa Yan教授以及中國科學院深圳先進技術研究院的李江宇教授（共同通訊作者）報道發現了一種單相有機-無機鈣鈦礦壓電體Me3NCH2ClMnCl3(TMCM-MnCl3)。這鐵電晶體展現出了優異的壓電響應性能（d33 =185 pC/N），與BTO的壓電系數（d33 =190 pC/N）十分接近。而其相變溫度Tc也達到了406K，可在室溫合成并且無毒性金屬成分，這些特點都使得該種鐵電晶體在醫學、微機械等領域擁有廣闊的應用前景。
文獻鏈接：An organic-inorganic perovskite ferroelectric with large piezoelectric response（Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aai8535）
4、Science:一種新型界面結構降低鈣鈦礦太陽能電池的效率-穩定性-成本的差距
北京2017年12月1日，Science在線發表了埃爾朗根-紐倫堡大學Yi Hou、Christoph J. Brabec（共同通訊）等人題為“A generic interface to reduce the efficiency-stability-cost gap of perovskite solar cells”的文章。該團隊指出基于混合有機鹵化物鉛鈣鈦礦的薄膜太陽能電池進一步商業化的主要瓶頸是器件中的界面損失。經過研究提出了一種通用的界面結構，該界面由可溶液加工的，高度可靠性的和具有成本效益的空穴傳輸材料組成，使用這種界面結構不會影響鈣鈦礦太陽能電池的效率，穩定性或可擴展性。鉭摻雜的氧化鎢（Ta-WOx）/共軛聚合物多層膜提供小界面阻擋層，并且與各種可縮放的共軛聚合物一起形成準歐姆接觸。在具有常規平面結構和自組裝單層的簡單器件中，Ta-WOx摻雜的鈣鈦礦太陽能電池實現的最大效率為21.2％，并具有超過1000小時的光穩定性。通過消除額外的離子摻雜劑改善界面結構大大提高了電池的綜合性能，這些發現將對其他有機物作為用于鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸材料的研究提供重要的參考依據。
文獻鏈接：A generic interface to reduce the efficiency-stability-cost gap of perovskite solar cells（Science,2017,DOI:10.1126/science.aao5561）
5、Michael Gr?tzel Science: CuSCN基鈣鈦礦太陽能電池效率超20％
北京時間2017年9月29日，Science在線發表了瑞士洛桑聯邦理工學院M. Ibrahim Dar和Michael Gr?tzel（共同通訊）等人題為“Perovskite solar cells with CuSCN hole extraction layers yield stabilized efficiencies greater than 20%”的文章，該團隊使用快速溶劑去除法，以CuSCN作為空穴提取層，產生緊湊，高度保形的CuSCN層，促進載流子快速提取和收集，并由此證明了PSC達到超過20％的穩定效率。PSC在長期加熱下表現出較高的熱穩定性，但其運行穩定性差。這種不穩定性起因于潛在的CuSCN/Au接觸降解。在CuSCN和金之間添加導電性還原氧化石墨烯間隔層，PSC在60攝氏度下在最大功率點運轉1000小時后仍保持其初始效率的95％。最重要的是，在連續全日光照射和熱應激下，CuSCN基PSC超過了spiro-OMeTAD基PSC的穩定性。
文獻鏈接：Perovskite solar cells with CuSCN hole extraction layers yield stabilized efficiencies greater than 20%（Science,2017,DOI:10.1126/science.aam5655 ）
從Science上來看，研究主要是改善界面結構、替換空穴提取層、優化載流子的傳輸性能來提高太陽能電池的性能，一般來說電子傳輸層一般為致密的TiO2納米顆粒，以阻止鈣鈦礦層的載流子與FTO中的載流子復合。通常研究集中在通過調控TiO2的形貌、元素摻雜或使用其它的n型半導體材料如ZnO等手段來改善該層的導電能力，以提高電池的性能。多倫多大學的Edward H. Sargent教授帶領的研究團隊使用氯氣覆蓋二氧化鈦膠體納米晶（NC）膜以達到接觸鈍化的目的，為改善界面結構提高電池性能提供了新思路。值得一提的是，鈣鈦礦型太陽能電池，是利用鈣鈦礦型的有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的太陽能電池，即是將染料敏化太陽能電池中的染料作了相應的替換。作為燃料敏化電池之父的Michael Gr?tzel一直引領前沿，先是提出了采用如spiro-OMeTAD, PEDOT:PSS等固態空穴傳輸材料，電池效率得到了極大提高，并具有良好的穩定性。后又使用快速溶劑去除法，以CuSCN作為空穴提取層，產生緊湊，高度保形的CuSCN層，促進載流子快速提取和收集，并由此證明了PSC達到超過20％的穩定效率。
下面說一下Nature，小編費勁心思檢索，結果發現只有4篇，對你沒有聽錯，就4篇，不過這4篇都是重量級。而且小編還發現其中兩篇是Michael Gr?tzel作為通訊作者的文章，看來大牛真是出手都不一般。（PS：這個大佬可不一般，世界著名化學家、德國科學院院士、瑞士洛桑聯邦理工學院界面與光子學實驗室主任，被稱為染料敏化太陽電池之父）
1、Nature: Michael Gr?tzel帶你探索沉積過程中光對鈣鈦礦膜成核及形貌的影響
2017年4月27日，瑞士洛桑聯邦理工學院的Michael Gr?tzel教授(通訊作者)團隊于Nature上在線發表了一篇題為“The effect of illumination on the formation of metal halide perovskite films”的文章，文中報道了該研究團隊有關光照對金屬鹵化物(碘化鉛)和有機化合物(甲基碘化銨)反應影響的最新研究成果。該研究團隊采用兩步連續沉積的形式，先沉積結晶形成碘化鉛薄膜樣品，再將所獲得的碘化鉛薄膜樣品浸泡在甲基碘化銨(MAI)溶液中制成鈣鈦礦。同時，研究人員利用共焦激光掃描熒光顯微鏡和掃描電子顯微鏡對金屬鹵化物(碘化鉛)與有機化合物(甲基碘化)的反應進行了觀察研究，發現光可以加速連續沉積法中鈣鈦礦的形成，并能影響鈣鈦礦膜的形貌使電池的效率提升一倍。與此相反，在通過反溶劑法一步形成鈣鈦礦膜的過程中，研究人員發現當在黑暗環境中生長鈣鈦礦薄膜時能夠使電池獲得最佳的光伏性能。以上這些都表明，光線對于目前使用的主要沉積方法(連續沉積法和反溶劑法)中的鈣鈦礦的形成速率和膜形貌有很大的影響。光激發結晶的發現不僅揭示了以前未知的電池光電子性質的變異性來源，而且開辟了調整鈣鈦礦形態和構造的新方法。
文獻鏈接：The effect of illumination on the formation of metal halide perovskite films (Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature22072)
2、Nature: 無溶劑非真空途徑制備大面積鈣鈦礦太陽能電池薄膜
2017年9月7日，Nature在線發表了一篇上海交通大學韓禮元教授和楊旭東特別研究員（共同通訊）等人以題為“A solvent- and vacuum-free route to large-area perovskite films for efficient solar modules”的文章，陳漢博士、葉飛博士、唐文濤為共同第一作者。該團隊研發出一種無溶劑、非真空的新沉積方案用于甲基銨鹵化鉛鈣鈦礦薄膜。它依賴于胺絡合物前體到鈣鈦礦膜的快速轉化，并隨后施加壓力。使用這種方式沉積的鈣鈦礦薄膜沒有針孔而且高度均勻。更重要的是，新的沉積方法可以在低溫環境中進行，有利于大面積鈣鈦礦裝置的制造。
文獻鏈接：A solvent- and vacuum-free route to large-area perovskite films for efficient solar modules（Nature, 2017, DOI:10.1038/nature23877 ）
3、Nature：鈣鈦礦實現低劑量X射線成像
2017年10月5日，Nature在線發表了三星尖端技術研究所In Taek Han和韓國成均館大學Nam-Gyu Park（共同通訊）等人題為“Printable organometallic perovskite enables large-area, low-dose X-ray imaging”的文章，該團隊報道了全溶液處理（與傳統真空處理相反）的合成路線，以生產可印刷式的多晶鈣鈦礦，其具有與單晶相似的形貌和光電性質。在100千伏的輻射源照射下實現11μC mGyair?1 cm?2的高靈敏度，其比目前使用的非晶硒或鉈摻雜的碘化銫檢測器所達到的靈敏度至少高一個數量級。在傳統的薄膜晶體管襯底中，通過嵌入830微米厚的鈣鈦礦膜和另外兩個聚合物/鈣鈦礦復合材料的中間層實現了X射線成像，復合材料在鈣鈦礦膜和控制暗電流及電荷載流子傳輸的電極之間提供保形接口。這種基于全溶液的鈣鈦礦檢測器可以實現低劑量X射線成像，并且還可以用于光電導裝置實現放射成像，感測和能量收集。同期，多倫多大學John A. Rowlands發表了題為“Medical imaging: Material change for X-ray detectors”的評論。
文獻鏈接：Printable organometallic perovskite enables large-area, low-dose X-ray imaging（Nature,2017,DOI:10.1038/nature24032）
4、Nature：如鯊魚般靈敏感知的鈣鈦礦材料
最近，由普渡大學（Purdue University）Shriram Ramanathan 教授課題組聯合阿貢國家實驗室 (Argonne National Laboratory)、羅格斯大學（Rutgers University）等研究團隊首次發現，鈣鈦礦型稀土金屬鎳酸鹽材料在模擬海水的環境中具有獨特的與鯊魚相似的靈敏弱電感知能力，該研究成果于12月18日線上發表于Nature。該研究首次發現，具有強關聯性質的稀土金屬鎳酸鹽與鯊魚的電感知器官具有相似的感知弱電場能力。在模擬海洋的水溶液環境中，當有電場信號出現，稀土金屬鎳酸鹽的電導及光學性質會同時發生巨大的響應。這印證了其具有電感應能力！
文獻鏈接：Perovskite nickelates as electric-field sensors in salt water（Nature,2017,DOI:10.1038/nature25008）
相比于Science來說，Nature發表的的這四篇文章應用性比較多樣性，而且思路新穎，除了上文中提到的Michael Gr?tzel專注于鈣鈦礦基礎研究，其他幾篇文章都打破傳統，比如韓國成均館大學Nam-Gyu Park利用鈣鈦礦實現了低劑量X射線成像，顛覆了傳統的認知。更有趣的是普渡大學Shriram Ramanathan等人利用鈣鈦礦材料發現其竟能感應弱電場，如果利用這種鈣鈦礦材料構建傳感器，使之具有鯊魚靈敏的感知能力，那么人類進行海洋探索以及海洋監測的能力將大幅提升。值得一提的是，上海交通大學的韓禮元教授（Michael Gr?tzel也參與此工作）團隊，通過新的沉積方案，實現了大面積鈣鈦礦薄膜的制備，要知道，目前實驗室都停留在小面積的鈣鈦礦薄膜的制備，因為鈣鈦礦材料很不穩定，做成大面積的話，即使均勻沒有孔洞，材料本身的降解也會導致性能很不均勻。中國學者的這項工作可謂是邁出了重要的一步，為將來商業化奠定了基礎。
Nature和Science兩大期刊2017年度對于鈣鈦礦的研究大體就給大家介紹這么多了，很多人還好奇哪家單位獨領風騷拔得頭籌，小編在這里就滿足你的要求，小小的統計一下。
有Michael Gr?tzel的存在，瑞士洛桑聯邦理工學院當然是獨領風騷，另外值得一提的是中國學者也占據兩個席位，這也證明中國學者的學術影響力在逐步擴大，也得到越來越多的認可。
近年來，Nature子刊發展迅猛，有很多優秀的成果都發表在了這些期刊上，鈣鈦礦的研究也不例外。雖然Nature主刊只有4篇關于鈣鈦礦電池的文章，但是子刊就不一樣了，Nature Communications就發了34篇。下面就為大家先解讀一下此刊發文情況：
可以看出Nature Communications平均每月都有3篇的進賬，6月份更是突破性的達到了9篇，由此可見此刊對鈣鈦礦太陽能電池的重視程度。下面為大家匯總了一些2017年度的文章：
1、清華張強Nat. Commun: p區金屬調控下富表面缺陷的鈣鈦礦氫氧化物-超越IrO2的電催化析氧性能
清華大學化學工程系張強（通訊作者）課題組與中科院金屬研究所張炳森課題組合作提出了p區金屬調控的概念，用以制備富含表面缺陷的鈣鈦礦水氧化催化劑。p區金屬是指元素周期表中第三主族到第七主族中的金屬元素，在一定條件下（如堿性電解質溶液中）可以從催化劑固相表面流失而形成大量表面缺陷。利用這一特性，作者設計并制備了錫鎳鐵（SnNiFe）三元鈣鈦礦體系，其中錫作為一種典型的p區金屬而引入。在電化學活化的條件下，鈣鈦礦表面的錫流失并產生大量的氧空位作為高活性表面缺陷位。活化了的鈣鈦礦表現出超高的氧析出活性，其10 mA cm-2電流密度下的過電位僅為350 mV，同等條件下相比于貴金屬IrO2催化劑過電位減少了20 mV，其反應動力學也有明顯提升。同時，SnNiFe催化劑的氧析出穩定性也優于IrO2，在初始電流密度為10 mA cm-2的恒電位條件下工作20000 s后，SnNiFe可以保持60%的初始電流密度，而相同條件下IrO2只能保持40%。作者進一步地構建了“氧池”模型來描述富缺陷表面的電化學過程，其中反應物融入表面氧池并加速電化學反應最終導致產物從氧池中析出。
文獻鏈接：Regulating p-block metals in perovskite nanodots for efficient electrocatalytic water oxidation (Nat. Commun., 2017, 8, 934, DOI: 10.1038/s41467-017-01053-x)
2、金屬所馬秀良團隊Nat. Commun： 鈣鈦礦陣列中成功構筑出具有巨大線性應變梯度超低彈性能納米結構
中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室馬秀良研究員、朱銀蓮研究員、唐云龍博士、劉穎博士和王宇佳博士等人組成的材料界面電子顯微學研究團隊，利用高通量脈沖激光沉積技術，通過調控異質界面位錯的柏氏矢量，成功構筑出具有巨大線性應變梯度、超低彈性能以及特殊物理特性的功能氧化物納米結構。他們在利用脈沖激光沉積技術生長氧化物異質界面過程中，采用高通量模式，使BiFeO3/LaAlO3(001)界面產生新奇的、具有面外分量的a[011]刃型位錯陣列。像差校正電子顯微分析表明，這種新型位錯陣列具有晶格旋轉效應（類似彈性彎曲變形），使BiFeO3納米結構中產生高達106/m的線性應變梯度。這種巨大的線性應變梯度通過彎電效應產生了數兆伏/m的內建電場（與傳統半導體p-n結或肖特基結的內電場相當），同時也大幅度拓寬了BiFeO3納米結構的可見光吸收范圍。這表明巨大的線性應變梯度可實現對帶隙的連續調控，進而影響光電響應特性，增強其光催化特性等。
文獻鏈接：Giant linear strain gradient with extremely low elastic energy in a perovskite nanostructure array（Nat. Commun.,2017,DOI：10.1038/ncomms15994）
3、Michael Gr?tzel教授Nat. Commun. :穩定高效鈣鈦礦太陽能電池的離子和電荷載流子的分離工程
瑞士洛桑聯邦理工學院的Michael Gr?tzel，上海交通大學的楊旭東，韓禮元（共同通訊作者）團隊在鈣鈦礦的光吸收層和電極層之間沉積了納米碳層，通過擴散工程法抑制了鈣鈦礦材料中的劣態離子、分子的擴散，促進了光激發電荷的分離。與傳統的提高擴散層厚度方法相比較，這一方法表現出三倍的抑制擴散的效率。
文獻鏈接：Diffusion engineering of ions and charge carriers?for stable efficient perovskite solar cells（Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/ncomms15330）
4、Nat. Commun.：調節合成的雙鈣鈦礦納米纖維催化劑實現快速析氧
美國佐治亞理工學院教授Meilin Liu課題組報道了一種利用共摻雜和納米工程技術，可控性地設計和合成雙鈣鈦礦PrBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5 +δ (PBSCF)材料。直徑大約為20nm的PBSCF纖維與PBC（PrBaCo2O5 +δ）材料相比，在0.37V過電位條件下，催化活性提高了71倍。作者還可控地合成了直徑從196 nm到20 nm范圍的PBSCF納米纖維，研究了納米尺寸效應。
文獻鏈接： A tailored double perovskite nanofiber catalystenables ultrafast oxygen evolution （Nat.Commun.,2017,DOI: 10.1038/ncomms14586）?
從以上幾篇文章我們也可以看出，除了對鈣鈦礦電池的研究，現在也有很多學者利用鈣鈦礦材料的結構和性能更廣泛的應用于構筑納米結構、光電響應特性以及光催化特性等研究。這也反映出了鈣鈦礦材料應用的多樣性，并且極具研究價值。
另外，Nature Energy作為專注于能源領域期刊，鈣鈦礦的研究工作也是如火如荼。經過檢索發現，此刊2017年度發表有關鈣鈦礦的文章有11篇，而且小編發現一個有趣的現象就是這11篇除了1篇是7月份發表，其余10篇均是上半年發表，這樣我們是不是可以說下半年Nature Energy把重心都放在了鋰電、鈉電上了吧（小編的猜測(●'?'●)），下面為大家簡單匯總一下17年的文章：
1、Nature Energy:長載流子壽命低價帶混合錫鉛碘化鈣鈦礦用于全鈣鈦礦串聯太陽能電池
美國托萊多大學Dewei Zhao教授和鄢炎發教授(共同通訊作者)在Nature Energy上發表了一篇題為“Low-bandgap mixed tin–lead iodide perovskite absorbers with long carrier lifetimes for all-perovskite tandem solar cells”的文章。文中，研究人員報道了一種高效混合鉛錫碘化鈣鈦礦太陽能電池，該電池價帶約為1.25 eV，開路電壓高至0.85 V，在700 nm至900 nm的紅外波段外量子效率超過70%，短路電流密度超過29 mA/cm2。研究人員所制成的最佳性能電池效率最大可達17.6%，認證效率為17.01%，回滯效應可忽略不計。當頂端鈣鈦礦電池價帶約為1.58 eV時，所制成的4串聯太陽能電池穩態效率最高為21.0%。
文獻鏈接：Low-bandgap mixed tin–lead iodide perovskite absorbers with long carrier lifetimes for all-perovskite tandem solar cells(Nature Energy, 2017, DOI: 10.1038/nenergy.2017.18)
2、Nature Energy:自組裝的雙相鈣鈦礦陰極用于中溫固體氧化物燃料電池
英國利物浦大學John B. Claridge教授和Matthew J. Rosseinsky教授（共同通訊作者）在Nature Energy發表題為“Self-assembled dynamic perovskite composite?cathodes for intermediate temperature solid?oxide fuel cells”的文章，在Ba0.5Sr0.8Co0.8Fe0.2O3-δ陰極的基礎上在B位摻雜W形成了Ba0.5Sr0.5(Co0.7Fe0.3)0.6875W0.3125O3-δ(BSCFW)自組裝組分的陰極材料，發現通過簡單的固相合成，包含B位有序的雙鈣鈦礦相以及無序的單鈣鈦礦相，這兩相協同作用，使得制得的BSCFW陰極材料不僅具有較低的面電阻，而且具有良好的長期穩定性。
文獻鏈接：Self-assembled dynamic perovskite composite cathodes for intermediate temperature solid oxide fuel cells?(Nature Energy, 2017, DOI: 10.1038/nenergy.2016.214)
3、Nature Energy：利用季銨鹵化物陰陽離子鈍化混合鈣鈦礦太陽能電池中的缺陷
美國內布拉斯加大學林肯分校的黃勁松教授（通訊作者）等人研究發現季銨鹵化物可以有效地鈍化幾種不同類型的雜化鈣鈦礦中的離子缺陷及其負電荷和正電荷成分。有效的缺陷鈍化減少了電荷陷阱密度，延長了載流子復合壽命，這是由密度函數理論計算支持的。缺陷鈍化將p-i-n結構器件的開路電壓虧損降低到0.39V，并將效率提高到20.59±0.45％。此外，缺陷愈合也顯著提高了膜在環境條件下的穩定性。
文獻鏈接：Defect passivation in hybrid perovskite solar cells using quaternary ammonium halide anions and cations（Nature Energy, 2017, DOI:10.1038/nenergy.2017.102）
從上面的數據來看，2017年鈣鈦礦的研究取得了十足的進展，雖然對于這項工作的研究不斷有新成果產出，但是由于鈣鈦礦的固有缺陷比如鈣鈦礦電池材料含有鉛，是有毒物質。而美國西北大學也已研發出一種用錫代替鉛的鈣鈦礦太陽能電池，不過這種電池的轉換效率還只有 6％，目前處于研發初級階段，效率還有提升空間。其次就是不穩定，鈣鈦礦中的鉛容易氧化揮發，而當晶體遇水時則易分解。如果我們使用鈣鈦礦電池發電，它很有可能滲出流到屋頂或土壤中。還有就是壽命不長 ，目前，壽命最長的鈣鈦礦太陽能電池可達到 1000 小時，而傳統晶硅電池壽命一般可達到 25 年，比鈣鈦礦電池長得多。所以目前鈣鈦礦面臨的挑戰還很多，商業化的道路也任重而道遠。但是每一個革命性的變革都是經歷風雨，需要時間才能實現的，相信在眾多學者的不斷努力之下，未來會有更好的策略和方案實現其商業用途。
看了2017年度鈣鈦礦電池的總結，小編發現這種頂級期刊的發表少不了大牛的名字，看來大牛和一個期刊的質量息息相關啊。由于篇幅有限，鈣鈦礦電池部分小編就為大家總結到這里，歡迎留言補充！
本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。
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