頂刊動態|EES/AM/Angew等近期太陽能電池學術進展【新能源周報160606期】

太陽能電池是一種具有良好前景的能量存儲與轉換器件，也是當今新能源領域的研究熱點。但隨著轉換效率越來越接近理論上的極限效率，科學家們不再一味地追求效率的提高，而是開始完善太陽能電池其他方面的性能，拓展其應用范圍。下面讓我們一起來看看本周在各大頂級國際期刊上科學家們都做了哪些關于太陽能電池的有趣的研究吧。

1.Energy and Environmental Science：用于制備高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池的不摻雜的聚合物空穴傳輸材料

近年來，已經有越來越多的人開始研究鈣鈦礦型混合太陽能電池，其中，空穴傳輸材料是鈣鈦礦太陽能電池的關鍵部分。然而，制備空穴傳輸材料需要易溶解、高吸濕性的摻雜劑，這對電池穩定性的影響是十分巨大的。

最近，韓國浦項科技大學的Taiho Park課題組制備了一種不摻雜的聚合物空穴傳輸材料（基于苯并[1,2-B：4,5：B']噻吩和2,1,3苯并噻二唑），在不摻雜的情況下具有較深的HOMO（最高分子占據軌道）能級和極高的空穴遷移率。隨后將這種空穴傳輸材料應用于鈣鈦礦太陽能電池并獲得了17.3%的轉換效率。電池結構如圖，其中，空穴傳輸層起到了隔絕空氣水分的作用，使電池在75%的濕度下仍然可以保持原始效率長達1400小時。

這種空穴傳輸材料為制備不摻雜的高效率的空穴傳輸材料提供了一種新的思路。

文獻鏈接：Dopant-free polymeric hole transport materials for highly efficient and stable perovskite solar cells

2.Advanced Materials：利用低帶隙聚合物來制備效率高于11%的串聯聚合物太陽能電池

聚合物太陽能電池由于其具有柔性、輕盈、可大面積制備等誘人前景，引起了廣泛的關注。其中，串聯聚合物太陽能電池由于可以在各個子電池中利用不同能量的光子，可以大大減少光電轉換過程中的能量損失。

最近，北京分子科學國家實驗室的Jianhui Hou課題組用兩種性能優異的光電聚合物和一種透光性極佳的中間復合層制備出具有串聯結構的高效聚合物太陽能電池，電池結構如上圖，其光電轉換效率高達11.62%。這兩種聚合物具有較深的最高分子占據軌道能級，其納米薄膜具有納米相的分離形態，這些性能使得它們可以用于制備聚合物太陽能電池中的低帶隙的子電池。

在上述聚合物電池中的填充因子和EQE（外量子效應）都不是特別優異，該實驗室的研究員們相信，如果可以改善填充因子和EQE，聚合物太陽能電池的效率將有突破15%。

文獻鏈接：Over 11% Efficiency in Tandem Polymer Solar Cells Featured by a Low-Band-Gap Polymer with Fine-Tuned Properties

3.Angewandte Chemie International Edition：一種鈣鈦礦型光敏鐵電體的體光電效應

光敏鐵電體的體光電效應由于其優異的光電壓力、載流子遷移率和在均勻介質中穩定的光電流而具有十分誘人的前景。但是，由于缺乏機理方面的理論支持，目前還難以設計出性能優異的光敏鐵電體。

最近，為了更好的理解其中的機理，中科院福建結構化學國家重點實驗室的Junhua Luo課題組設計了一種層狀鈣鈦礦型光敏鐵電體，其光電導性和典型的鈣鈦礦材料甲基碘化鉛胺不相上下，而且其依賴于溫度的光電壓也與偏振特性相吻合，說明了鐵電體在高度各向異性的光電效應中起到主導作用。

這項工作加深了我們對于鐵電體光電效應機理的理解，為設計出適用于光電器件的鐵電材料提供了更多的可能。

文獻鏈接：A Photoferroelectric Perovskite-Type Organometallic Halide with Exceptional Anisotropy of Bulk Photovoltaic Effects

4.ACS NANO：通過介質鏡給半透明鈣鈦礦太陽能電池著色

將光伏技術應用于建筑物毫無疑問是光伏領域最誘人的目標，雖然半透明鈣鈦礦太陽能電池在建筑物窗戶的應用上與有機光伏相比更具競爭力，但是鈣鈦礦薄膜的色覺效果并不好，因此，克服鈣鈦礦在視覺美學上的缺陷就顯得尤為必要。

最近，德國弗里德里希-亞歷山大大學埃爾蘭根-紐倫堡的Carina Bronnbauer課題組設計了一種巧妙的方法來修飾鈣鈦礦太陽能電池的外觀顏色。他們將介質鏡加入到電池結構中，如上圖，介質鏡與電池之間并不導通，只是機械地鏈接到一起，其色覺和色度在不同的光照條件下和相對于觀察者的不同觀察方向上便體現出不同。

這項研究促進了鈣鈦礦太陽能電池在建筑上的應用。

文獻鏈接：Coloring Semitransparent Perovskite Solar Cells via Dielectric Mirrors

5.Advanced Energy Materials：高效率、大面積的碳納米管-硅異質結太陽能電池

碳納米管-硅（CNT-Si）太陽能電池將碳納米管薄膜的透明導電性和晶硅的光吸收性能結合，具有誘人的前景。但是目前的CNT-Si太陽能電池主要是基于極小的活性區（普遍小于0.15cm²）來制備，然而增大活性區卻會降低能量轉換效率。

最近，北京大學材料科學與工程學院的Anyuan Cao課題組通過將高導電性的碳納米條加到碳納米管-硅異質結上作為自相似的上電極，制備出活性區超過2cm²的CNT-Si太陽能電池，其效率高達10%。碳納米條的加入不僅提高了異質結的性能，而且沒有附加的接觸電阻。這是世界上首次在超過1cm²的活性區上制備出如此高效率的CNT-Si太陽能電池。

這種碳納米條還有望作為其他類型太陽能電池（如石墨烯－硅太陽能電池）的上電極。

文獻鏈接：High-Efficiency Large-Area Carbon Nanotube-Silicon Solar Cells

6.Nano Energy：用于染料敏化太陽能電池的單分散介孔TiO₂微球

過去的數十年間，介孔材料憑借其特殊的性能獲得了很高的關注，TiO₂便是其中之一。但是，要提高其應用性能，還需探索各種不同形貌的TiO2，如納米棒、納米管等。

最近，上海東華大學的研究人員合成了一種獨特的介孔TiO₂微球，具體的合成方法如上圖，先用分散有SiO₂微球的膠體制備出三維的多孔碳模板（3DOMC），再將前驅溶液注入孔中，燒結得到最終的TiO₂微球，其孔徑呈現出高度有序的環繞狀。隨后，將這種介孔TiO₂微球應用于染料敏化太陽能電池后得到了8.5%的轉換效率，這歸功于TiO₂微球的高表面積、高孔隙率和連接穩固的結晶骨架。

這種特殊的制備方法有望提供一種全新的設計介孔材料的思路，并可應用于傳感器、光學器件等。

文獻鏈接：Monodisperse mesoporous TiO2 microspheres for dye sensitized solar cells

7.Nano Energy：具有快速電荷分離和優異性能的基于多層石墨烯納米粒子的ZnO化學合成方法

隨著環境污染的加劇，基于高效光催化劑的環境凈化獲得了巨大的關注。其中，石墨烯基的半導體材料由于其具有減少載流子復合的高效電荷分離機制和表面活性位點使得這種材料可以滿足高效光電轉換的要求。

最近，韓國科學技術研究院、先進科學技術研究所及延世大學以及的研究人員們使用化學方法合成了一種特別的材料。以ZnO納米顆粒為核，外面包裹上用單壁碳納米管制成的多層石墨烯外殼，在ZnO核和石墨烯殼之間以氧橋相連，具體合成方法參見上圖。其中，含氧官能團促進了光生電荷的分離和抑制了ZnO的光腐蝕，其平均載流子壽命是無石墨烯包裹的ZnO納米顆粒的100倍，使ZnO核和石墨烯殼之間具有高效的電子傳輸，從而提升了光催化活性和光電響應速度。

這種材料將可用于各種高效的光電器件和光催化過程。

文獻鏈接：A facile chemical synthesis of ZnO@multilayer graphene nanoparticles with fast charge separation and enhanced performance for application in solar energy conversion

該文獻匯總由材料人新能源學術小組林振炫供稿，參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”，若想參與新能源文獻解讀和文獻匯總、新能源知識科普和深度挖掘新能源學術產業信息，請加qq 2728811768。

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