【光伏】五篇AEM！钙钛矿太阳能电池持续发力！
【光伏】五篇AEM！钙钛矿太阳能电池持续发力！
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1. AEM：基于全FA窄禁带钙钛矿和金属氧化物隧道结的高效和热稳定的全钙钛矿串联太阳电池
全钙钛矿串联太阳能电池的商业化需要热稳定性好的窄禁带(NBG)钙钛矿和隧道结。然而，NBG钙钛矿亚电池中使用的高含量的甲基铵(MA)和有机空穴传输层降低了全钙钛矿薄膜的热稳定性。
鉴于此，南京大学谭海仁团队 使用甲酰胺(FA)作为A位阳离子，研制了热稳定的混合铅锡NBG钙钛矿太阳能电池(PSCs)。溶液处理的氧化铟锡纳米晶(ITO NCS)被进一步部署，以取代传统的有机电荷传输层。同时，ITO NCS层在隧道结中同时起到复合层的作用，简化了全钙钛矿型串联器件的结构。
热稳定的All-FA铅锡PSCs的功率转换效率(PCE)高达21.0%。利用热稳定性较好的全钙钛矿结构和优化的隧道结，在全钙钛矿结构中进一步获得了稳定的PCE为26.3%。未封装的串联器件在85℃的氮气气氛中老化212小时后，其效率仍保持在初始效率的90%以上。
Efficient and Thermally Stable All-Perovskite Tandem Solar Cells Using All-FA Narrow-Bandgap Perovskite and Metal-oxide-based Tunnel Junction
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202202948
2. AEM：高效稳定的锡铅钙钛矿太阳电池软硬酸碱工程
据报道，在MASn 1-x Pb x I 3 中Pb 2+ 被Sn 2+ 取代可以从1.55 eV改变到1.17 eV。因此，人们努力使用锡-铅合金钙钛矿来提高光伏性能。最近，基于Cs 0.1 FA 0.6 MA 0.3 Pb 0.5 Sn 0.5 I 3 ，报道了高达23.6%的PCE，其中在p-i-n器件结构中，混合的Sn-Pb钙钛矿薄膜的界面工程被发现在不牺牲J SC 的情况下提高了V OC 。对于含锡钙钛矿，人们认为Sn 2+ 的氧化生成Sn 4+ 是有问题的不稳定性问题。此外，由于缺陷的产生，Sn 2+ 的氧化也会阻碍光伏性能的进一步提高。
Sn 2+ 的Lewis酸度高于Pb 2+ ，在Lewis碱性碘化物存在的情况下，Sn 2+ 的快速晶化倾向于加速晶化。Sn基钙钛矿薄膜的快速晶化可以诱导大量细小的颗粒，导致晶界缺陷密度增加。因此，控制晶化动力学和抑制Sn 2+ 的氧化是获得稳定高效的SnPb系合金PSCs的关键。
近日，韩国成均馆大学Nam-Gyu Park团队 研究了路易斯碱添加剂对FA 0.5 MA 0.5 Pb 0.5 Sn 0.5 I 3 基PSCs加合物中间体和晶体生长的影响。在本研究中，尿素和硫脲分别被用作O-供体和S-供体。研究了前驱体溶液中添加剂的浓度，以确定具有最佳光伏性能的最佳浓度。在每种添加剂的最佳浓度下，进一步研究了其形貌和光电性质，以解释观察到的光伏性能。与添加尿素和不添加添加剂的对照相比，在硫脲存在下形成的锡铅钙钛矿具有最高的相变效率，这与硫供体硫脲与Sn 2+ 的相互作用比与Pb 2+ 的作用更强有关。
基于HSAB工程化方法，作者团队展示了高效的锡铅PSCs。硫脲是制备以Sn 2+ 为主的钙钛矿型薄膜的有效添加剂。与供氧尿素添加剂相比，相对较软的Sn 2+ 与Sn 4+ 之间的相互作用较强，硫脲中较软的硫与尿素中的氧相比，有效地抑制了Sn 2+ 的歧化和氧化反应。结果表明，硫脲添加剂能显著提高PCE，从14.58%提高到18.59%。对于6mol%的硫脲，使用高透明FTO衬底可以获得20%的PCE。这项工作为设计具有不同酸度的双金属阳离子或多金属阳离子以获得稳定和高效的PSCS提供了重要的见解。
Hard and Soft Acid and Base (HSAB) Engineering for Efficient and Stable Sn-Pb Perovskite Solar Cells
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202202496
3. AEM：极端温度下钙钛矿太阳能电池的结构和性能演变
金属卤化物钙钛矿太阳能电池可以在极端温度下工作，例如在外星条件下经历的那些。然而，极端温度下的器件性能研究很少。 那不勒斯费德里克二世大学Antonio Abate、斯旺西大学Wing Chung Tsoi以及河南大学Meng Li等 系统地探索了钙钛矿太阳能电池在160至150°C之间的性能。
与室温下的PCE相比，PSC在温度升高到150°C时仅表现出6.7%的PCE损耗，在冷却到160°C时仅表现出27.9%的PCE损耗。
原位掠入射广角X射线散射揭示了钙钛矿相变和晶体无序化是温度相关器件效率下降的主导因素。结果表明，由极端温度变化引起的钙钛矿晶格应变和弛豫是可恢复的，钙钛矿结构和光伏性能也是可恢复的。这项工作为极端温度下的功能提供了见解，澄清了要克服的瓶颈和外星应用的潜力。
Li, G., Su, Z., Li, M., Lee, H. K. H., Datt, R., Hughes, D., Wang, C., Flatken, M., Köbler, H., Jerónimo-Rendon, J. J., Roy, R., Yang, F., Pascual, J., Li, Z., Tsoi, W. C., Gao, X., Wang, Z., Saliba, M., Abate, A., Structure and Performance Evolution of Perovskite Solar Cells under Extreme Temperatures. Adv. Energy Mater. 2022, 2202887.
DOI: 10.1002/aenm.202202887
https://doi.org/10.1002/aenm.202202887
4. AEM：超24%效率！具有低维卤化物/钙钛矿异质结构的高效反式钙钛矿电池
反式钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光伏性能主要受限于界面复合损失。 上海交通大学Han Chen等 通过构建低维卤化物/钙钛矿异质结构，钙钛矿/C60接触处的非辐射复合路径被有效地消除，并且在反式PSCs中仅实现370 mV的电压损失。
通过有机隔离物的分子工程，在异质界面实现了强电子耦合，这有效地将带隙状态移出带隙，并延长了4.28 s的载流子寿命。该策略使开路电压为1204 mV的反式PSC的功率转换效率为24.09%(经认证为23.54%)，厘米级电池的效率为21.89%(经认证为21.48%)。
在85℃热老化超过1400小时后，器件保持92%的初始效率，在空气中AM1.5G照明下以最大功率点运行1008小时后，保持95%的初始效率。为了进一步发展反式PSCs，需要具有更好传输性能的电荷选择性材料，特别是空穴传输层。
Zhang, Y., Li, C., Bi, E., Wang, T., Zhang, P., Yang, X., Chen, H., Efficient Inverted Perovskite Solar Cells with a Low-Dimensional Halide/Perovskite Heterostructure. Adv. Energy Mater. 2022, 2202191.
DOI: 10.1002/aenm.202202191
https://doi.org/10.1002/aenm.202202191