春節在家防疫期間，你錯過了哪些精彩？Nature、Nat. Energy、Nat. Commun.、JACS、Angew、AM等頂刊鈣鈦礦文章大合集！

一、鈣鈦礦太陽能電池研究背景介紹

金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由于其低制造成本和高性能而備受關注，這為薄膜太陽能電池技術帶來了一場真正的革命。鈣鈦礦太陽能電池優異的光電性能歸因于其出色的光電性質，包括較高的吸收系數、較長的載流子擴散長度，較大的載流子遷移率和較強的缺陷耐受性。基于上述的優異性能，在過去的幾年中，PSC的能量轉換效率（PCE）從3.8％迅速發展到25％以上。已經可與單晶硅太陽能電池相媲美，發展速度之快超過了其它光伏技術，具有非常大的商業應用前景。

二、Nature、Nat. Energy等鈣鈦礦太陽能電池研究進展

1、Nature: 鈣鈦礦太陽能電池器件上鉛的隔離

美國國家可再生能源實驗室的朱凱教授和北伊利諾伊大學Tao Xu教授團隊將透明的吸收Pb的DMDP膜沉積在玻璃上。DMDP膜不溶于水，但具有良好的透水性。這樣，當水滲入設備時，功能性膦酸基團可以有效吸收水中的Pb²⁺。研究人員在背面使用了預干燥膜，其中包含強商品Pb-螯合劑EDTMP摻入主體聚合物基質中，以確保單獨使用螯合劑或形成的Pb螯合復合物不能用水沖洗。研究人員研究了在約50°C的空氣中模擬的1陽光照射強度下，這些設備在連續操作下的長期穩定性。連續運行約500小時后未觀察到設備性能的差異。這些結果表明，使用Pb吸收層（尤其是DMDP膜，它在直接光路中入射光強度）不會對設備性能和長期運行穩定性產生負面影響。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2001-x

2、Nat. Energy: 23%記錄效率！配體錨定制備高效倒置鈣鈦礦太陽能電池

阿卜杜拉國王科技大學Osman M. Bakr教授和多倫多大學Edward H. Sargent 教授團隊報道了AALs，特別是長烷基鏈AALs在通過促進有利的晶粒取向和抑制陷阱能級密度來改善光電性能方面的作用。研究人員使用基于長烷基鏈AALs的策略得到具有23.0％的效率（經認證的22.3％）和良好的操作穩定性的p–i–n結構的設備。鈣鈦礦晶粒和界面的分子修飾對于提高PSC的效率和穩定性至關重要。研究結果還表明，鈣鈦礦晶面的各向異性電子特性使薄膜的晶體取向管理成為實現高效PSC的重要途徑。進一步了解多晶鈣鈦礦中不同表面刻面的性質（包括缺陷類型和濃度）可能對鈣鈦礦設備的發展至關重要。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-019-0538-4

3、Nat. Commun.：定向層狀雜化鈣鈦礦在3D鈣鈦礦上的模板化生長

中南大學的袁永波教授和北卡羅來納大學教堂山分校黃勁松教授團隊系統地研究了鈣鈦礦層狀晶體的形成過程，低配位離子對3D鈣鈦礦的角共享PbI₆八面體的鍵合作用被認為是觸發層狀鈣鈦礦成核的強大驅動力。分層之間的晶格匹配鈣鈦礦和角共享的PbI₆八面體使層狀鈣鈦礦的取向基本上由溶液中預成型的3D狀鈣鈦礦確定。研究人員闡明了主導鈣鈦礦層狀晶體成核和定向生長的關鍵驅動力，進一步表明了通過旋涂法和/或刮刀法制備的鈣鈦礦在操縱不同類型層狀鈣鈦礦的結晶度和取向方面的廣泛有效性。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-13856-1

4、JACS：CdI₂降低表面缺陷，1.2 V&21.9％效率的刮涂鈣鈦礦太陽能電池

北卡羅來納大學教堂山分校黃勁松教授團隊報告了一種策略，既可以減少鈣鈦礦表面碘化物的缺乏，又可以通過碘化鎘（CdI₂）的簡單處理來抑制表面碘化物空位的形成。這種表面改性策略可顯著提高刮涂式PSC的效率和穩定性，從而實現高穩定性的開路電壓（Voc）高達1.20 V，對應于創紀錄的0.31 V的小Voc損失。采用CdI₂表面處理的所得PSC表現出優異的長期運行穩定性，在連續1個日光照射1000小時后仍保留了其原始PCE的92％ 。科研人員僅采用有效的表面處理300 ppm的CdI₂可通過以下兩種協同作用降低碘化物基鈣鈦礦薄膜的有害表面鹵化物缺陷：填補鹵化物空位以減少界面重組損失，同時固定鹵化物陰離子以增強操作穩定性，這有利于提高刮涂式PSC效率和穩定性。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1021/jacs.9b13418

5、Angew：CsPbBr₃鈣鈦礦太陽能電池高達10.85％效率

暨南大學唐群委教授團隊通過使用CuInS₂?/ ZnS QDs層作為空穴導體和熒光碳膜作為陰極來制備無機CsPbBr₃PSC。 QDs表面附著的配體的烷基鏈長度的精確調節通過平衡表面偶極誘導的電荷庫侖排斥力和量子隧穿距離，同時利用CsPbBr₃鈣鈦礦重吸收未利用的入射光，從而最大化了載流子的提取。可以實現廣譜吸收。具有C12-QD和10％LPP /碳電極的最佳設備可實現高達10.85％的最高效率。暴露在80％的濕度，80 ^oC和1個陽光照射下，無機CsPbBr₃太陽能電池在30天內未顯示光伏性能明顯下降。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202000199

6、Angew：6.43％效率！DJ型二維錫基鈣鈦礦太陽能電池

中科院化學所的宋延林教授和鄭州大學的張懿強教授團隊通過引入BEA作為封裝有機配體，合成了一系列新的層狀Sn基鈣鈦礦單晶。單晶X射線衍射顯示這些層狀單晶是典型的DJ相。（BEA）FA₂Sn₃I₁₀表現出高晶體對稱性，具有良好的吸收和載流子分離。瞬態吸收（TA）表示致密（BEA）FA₂Sn₃I₁₀薄膜具有減弱的量子束縛，并具有改善的載流子擴散和遷移率。得益于出色的成膜性和載流子傳輸性能，研究人員實現了高達6.43％的PCE，遠高于3D FASnI₃器件（4.20％）。更重要的是，（BEA）FA₂Sn₃I₁₀器件比3D FASnI₃器件具有更強的抗氧化性，耐光照性和耐濕性。該工作促進了新型無鉛鈣鈦礦太陽能電池的開發。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202000460

7、AM：穩定高效的無甲銨鈣鈦礦太陽能電池

瑞士洛桑聯邦理工學院Yi Zhang、Mohammad Khaja Nazeeruddin和天津大學馮亞青教授在鈣鈦礦雙陽離子（Cs，FA）中使用氯化銫（CsCl）和溴化鉛（PbBr₂）可以顯著穩定FAPbI₃的黑相（α相），并增強FAPbI₃的穩定性和性能。考慮到溴化物（Br^-）的帶隙不理想，研究人員調節了溴化物（Br^-）的量，導致同時具有最佳氯化銫（CsCl）和溴化鉛（PbBr₂）的高結晶度和大晶粒尺寸的鈣鈦礦。結果，具有最佳條件的無MA的PSC表現出20.50％的最佳PCE。除了器件的熱穩定性和長期穩定性外，性能也得到了改善。該研究結果表明，氯化銫（CsCl）和溴化鉛（PbBr₂）可以有效地限制不良的相變，從而顯著增強雙陽離子（Cs，FA）裝置的穩定性。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.201905502

8、AM：通過覆蓋超薄2D層提高錫鉛鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性

南京大學譚海仁教授和多倫多大學Edward H. Sargent教授采用有機陽離子苯乙銨（PEA）來錨定Sn-Pb鈣鈦礦顆粒。通過將PEA陽離子直接引入抗溶劑中，研究人員在鈣鈦礦薄膜表面以及薄膜內的晶界處均實現了原位缺陷鈍化。同時也避免了鈣鈦礦層狀相的過量形成。使用這種方法，與未鈍化的Sn-Pb PSC在完全AM1.5G光照下相比，該設備使用壽命延長了200倍，而在經過過濾的AM1.5G光照下晝夜設備運行200小時后，效率沒有下降。填充因子高達79％，實驗室測量的PCE為19.4％（認證的18.95％）。然后，科研人員制備了采用PEA錨定的Sn-Pb PSC作為底電池的高效兩端子全鈣鈦礦串聯太陽能電池。對于串聯電池，獲得了23.5％的穩定PCE。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.201907058

9、AM：23.5％效率！兩性分子鈍化用于制備高效穩定鈣鈦礦太陽能電池

天津大學李祥高教授和瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）Michael?Gr?tzel教授開發了一種新型表面鈍化劑tBBAI。電光學特征表明，tBBAI鈍化的鈣鈦礦膜表現出較少的非輻射電荷載流子復合，即較低的缺陷密度，并且顯著改善了從鈣鈦礦膜到HTL的電荷提取。與PEAI相比，tBBAI的V_OC增加了≈20mV，與沒有鈍化的鈣鈦礦薄膜相比，使V_OC增加了約50 mV。制備的鈣鈦礦太陽能電池獲得了23.5％的PCE，這是迄今為止達到的最高PSC效率之一。此外，與PEAI相比，tBBAI的疏水性增強，從而提高了耐濕性，從而提高了操作穩定性。追蹤了500 h MPP后，帶有tBBAI的PSC保留了其初始PCE的95％以上，并且在環境濕度為50％至70％的環境空氣中老化55天后保留了其初始PCE的90％以上。該工作提供了一種簡單而有效的方法來制造具有出色效率和高操作穩定性的高效PSC。

文獻鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.201907757

10、AM：一種無毒的雙功能抗溶劑用于制備高性能鈣鈦礦太陽能電池

西北工業大學黃維院士和南京工業大學秦天石教授首次通過使用新型雙功能（抗）溶劑MB制備了具有同時改善的器件性能，穩定性和可重復性的PSC。這種雙功能（抗）溶劑不僅可以用作快速產生晶種的抗溶劑，而且還可以作為消解熟化劑來重新溶解鈣鈦礦前體并將小晶體重結晶為較大的微晶，從而獲得具有較大晶粒的高質量薄膜晶粒尺寸和很少的缺陷密度。研究人員利用SEM，XRD，穩態和瞬態熒光光譜來支持這一結論。通過將這種雙功能（反）溶劑摻入處理平面n–i–p PSC中，可以得到22.37％的最高PCE，其滯后作用可以忽略不計，并且無需封裝即可具有出色的長期穩定性。而且，這種綠色環保，無毒，低揮發性的雙官能（抗）溶劑可以顯著提高在不同環境溫度下PSC的重現性和耐受性。這些結果表明，研究人員開發的雙功能（抗）溶劑MB可以推進全球所有季節的PSC技術的商業化。

文獻鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907123

本文由eric供稿。

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