梳理：過去一年鈣鈦礦太陽能電池領域重大研究突破
鈣鈦礦太陽能電池作為一種新型低廉高效光伏技術在近年來備受關注。自從2009年日本科學家Miyasaka首次報道鈣鈦礦太陽能電池以來，在短短的幾年內，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率從3.8%上升到22.7%。與此同時，鈣鈦礦電池的器件穩定性也大幅度提高。這些高速的發展背后是世界各國科學家針對鈣鈦礦電池的基礎科學難題的理解以及器件技術瓶頸的攻關。尤其是，在2017年，鈣鈦礦太陽能電池在規模化制備，器件穩定性，乃至毒性等各個方面都有著驚喜表現。?
1. 新型通用鈣鈦礦器件空穴傳輸界面
界面損失是鈣鈦礦太陽能電池商業化之路上的一個重大問題。尋找一個通用的可溶液制備穩定并廉價的界面異常重要。
Christoph J Bravec 等人發現，使用Ta摻雜的WOx/共聚物組成的空穴傳輸層（PDCBT/Ta-WOx）可以形成準歐姆接觸，有效降低界面勢壘，阻止金屬Au遷移，結合使用C60單層自組裝膜（C60-SAM）作為電子傳輸層，可以使得新型的鈣鈦礦太陽能電池效率可達21.2%，并且可以穩定運行超過1000小時。
文獻銜接：http://science.sciencemag.org/content/358/6367/1192
2. 鈣鈦礦量子點電池
鈣鈦礦量子點電池在低毒性溶液制備以及穩定性方面相對于普通鈣鈦礦薄膜電池有著獨特的優勢，但是鈣鈦礦量子點太陽能電池的效率相對較低，主要是因為鈣鈦礦量子點內部的載流子傳輸性能相對較差。
美國可再生能源實驗室Joseph M. Luther等人使用鹵化物鹽類表面處理CsPbI3鈣鈦礦量子點，發現處理后的鈣鈦礦量子點的載流子傳輸性能大大提高，取得了13.43%的量子點太陽能電池記錄效率。
文獻銜接：http://advances.sciencemag.org/content/3/10/eaao4204
3. 新型鈣鈦礦器件電子傳輸層
二氧化鈦電子傳輸層是目前高效鈣鈦礦太陽能電池的必不可少的組成部分，但是二氧化鈦的光催化特性等因素可引起鈣鈦礦太陽能電池的光照穩定性等問題。
韓國UNIST大學Seok等人使用溶膠法制備了La金屬摻雜的BaSnO3鈣鈦礦電極材料，用于取代傳統鈣鈦礦電池里面的二氧化鈦，不僅取得了21.2%的效率，更大大改善了MAPbI3基的鈣鈦礦電池的光照穩定性。在1000小時的一個太陽能強度下運行，保留了93%的效率。
文獻銜接：http://science.sciencemag.org/content/356/6334/167
4. 鈣鈦礦器件的缺陷控制
鈣鈦礦晶體材料內部的深缺陷(deep defects)可使得載流子復合而損失鈣鈦礦太陽能電池效率。
韓國UNIST大學Seok等人通過引入過剩碘離子到FAPbI3基鈣鈦礦的兩步分子交換制備過程，減少了所得鈣鈦礦薄膜的深缺陷，獲得了小面積22.1%的記錄效率
文獻銜接：http://science.sciencemag.org/content/356/6345/1376.full
5. 鈣鈦礦電池組件的制備方法
目前報道的鈣鈦礦太陽能電池的效率大多為小面積器件效率，但鈣鈦礦電池組件效率相對較低，主要難點在于高質量鈣鈦礦薄膜的大面積制備。
Han等人報道一種無需真空無需溶劑的快速廉價方法，成功獲得了均勻平整的大面積鈣鈦礦薄膜，36.1cm2的組件認證效率為12.1%。
文獻銜接：https://www.nature.com/articles/nenergy201738
6. 2D-3D鈣鈦礦異質結
用于高效鈣鈦礦太陽能電池的三維（3D）鈣鈦礦材料在室外環境（水，氧氣以及紫外光）下的穩定性較弱。另一方面，二維（2D）鈣鈦礦材料的穩定性較好但是器件性能較差。
Snaith等人為了克服以上難點，把3D和2D鈣鈦礦結合在同一薄膜中，形成3D-2D鈣鈦礦異質結，獲得既具有高效光電轉化性能（~17%）又具著非常好的室外穩定性。
文獻銜接：https://www.nature.com/articles/nenergy2017135
本文由材料人專欄科技顧問PerovskiteCell供稿，材料人編輯整理。
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