知光谷联编辑部对2023年国内外科研团队-谭海仁教授团队的最新重要进展进行了梳理，总结了钙钛矿太阳能电池、钙钛矿发光二极管以及钙钛矿材料的其他应用，今天给大家分享热点材料新兴应用。
1. Nature：具有3D/3D双层钙钛矿异质结的全钙钛矿叠层电池
由于太阳光谱利用范围的增加和热化损失的降低，叠层太阳能电池在理论上可以优于单结太阳能电池。先前报道的性能创纪录的全钙钛矿叠层太阳能电池在混合Pb-Sn钙钛矿底部电池中具有不理想的高开路电压 (Voc) 不足和相对较低的FF。它们主要是由 Pb-Sn 钙钛矿和基于富勒烯 (C60) 的电子传输层 (ETL) 之间界面处的非辐射载流子复合引起的。
有鉴于此，南京大学谭海仁教授团队开发了一种在 Pb-Sn 钙钛矿/电子传输层界面处具有 II 型能带结构的不混溶 3D/3D 双层钙钛矿异质结，以抑制界面非辐射复合并促进电荷提取。改进的NBG底部电池的FF和VOC导致了更高的FF和VOC，从而在全钙钛矿型叠层太阳电池中产生了更高的PCE。当进一步与1.78 eV WBG PSC集成时，作者获得了 创纪录的高认证PCE，全钙钛矿叠层太阳能电池的PCE为28.0% 。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41560-023-01250-7
2. Nat. Energy：效率达25.6%的无机宽带隙全钙钛矿叠层太阳能电池
运行稳定性已成为全钙钛矿叠层太阳能电池的首要问题。无机CsPbI3−xBrx钙钛矿具有良好的抗卤化物偏析光稳定性，是全钙钛矿叠层太阳能电池的理想替代品。然而，与混合类似物相比，有机传输层与无机钙钛矿之间的界面存在较大的能量差异，并抑制电荷提取，导致开路电压和填充因子较低。
在这篇文章中，南京大学谭海仁教授、多伦多大学Edward H. Sargent教授等人展示了在该界面插入具有高分子极性的钝化偶极子层，一种与无机钙钛矿和C60产生强烈相互作用的分子，减少了能量不匹配并加速了电荷提取。该策略使宽带隙(WBG)器件的功率转换效率(PCE)达到18.5%。团队报告了无机WBG的全钙钛矿叠层电池实现了25.6%的PCE(稳态25.2%)。封装的叠层电池以最大功率点1-sun运行1000小时后仍能保持其初始性能的96%。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36224-6
3.Nat.Communications：衬底构型的抗氧化全钙钛矿叠层太阳能电池
封装可以防止活性层或电极的氧诱导降解；然而，对于柔性全钙钛矿叠层太阳能电池，通常需要高透明度的聚合物衬底，这限制了衬底的选择，增加了柔性器件的成本。因此,需要新的设备结构，能够允许更高的抗氧性和更低的柔性设备材料成本。
针对以上问题，南京大学谭海仁教授等人逆转了处理顺序，并演示了基片配置中的全钙钛矿叠层(先沉积后子电池，然后沉积前子电池)，其中易氧化的NBG背子电池首先沉积并埋在叠层器件的底部。通过在宽带隙钙钛矿子电池中使用四氟硼酸胍添加剂，实现了效率为25.3%的衬底构造的全钙钛矿叠层电池。未封装的器件表现出令人印象深刻的耐氧性，并在干燥空气中储存超过1000小时时保持其初始性能。封装后的设备在环境条件下最大功率点运行600小时后仍保持100%的初始性能。衬底构造也扩大了柔性基板的选择：在铜涂层聚乙烯萘和铜金属箔上分别实现了24.1%和20.3%的高效柔性全钙钛矿叠层太阳能电池。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37492-y
4.Nat.Communications：效率超28%！全钙钛矿叠层太阳能电池
光诱导的卤化物偏析限制了宽带隙钙钛矿太阳能电池和串联电池的光伏性能和稳定性。通过溶液后处理实现混合二维/三维异质结构是提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的典型策略。然而，由于表面重建的成分依赖性敏感性，传统的溶液后处理对于不含甲基铵和富含铯/溴化物的宽带隙 PSC 来说并不是最佳的。
为了解决这个问题，南京大学谭海仁教授开发了一种通用的三维到二维钙钛矿转换方法，以实现宽带隙钙钛矿层（1.78 eV）顶部更宽维度（n≥2）的优先生长。这种二维/三维异质结构能够抑制光致卤化物偏析，减少非辐射界面复合，并促进电荷提取。宽带隙钙钛矿太阳能电池表现出 19.6% 的冠军功率转换效率和 1.32 V 的开路电压。通过与热稳定 FAPb0.5Sn0.5I3 窄带隙钙钛矿集成，全钙钛矿串联太阳能电池表现出在连续 1-sun 光照 855 小时后，PCE 稳定为 28.1%，并保留了 90% 的初始性能。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43016-5
5.AM: 23.3%@20.25cm2！高效全钙钛矿串联太阳能组件
全钙钛矿串联太阳能电池有可能超越单结太阳能电池的 Shockley-Queisser (SQ) 极限效率，同时保持低成本和高生产率溶液加工的优势。然而，由于钙钛矿薄膜表面粗糙以及 ETL 与钙钛矿之间的能级不匹配，p-i-n结构钙钛矿太阳能子电池中电子传输层 (ETL) 的可扩展溶液加工仍然具有挑战性。
南京大学谭海仁等人开发了混合富勒烯（HF）的可扩展溶液加工，在全钙钛矿串联太阳能模块中的宽带隙（~1.80 eV）和窄带隙（~1.25 eV）钙钛矿薄膜上进行刀片涂层。 采用可扩展的溶液处理HF作为 ETL，全钙钛矿串联太阳能模块实现了23.3%的冠军功率转换效率（孔径面积 = 20.25 cm2）。该研究为未来低成本、高效率的全钙钛矿串联太阳能电池组件的全解决方案加工铺平了道路。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202308706
6.AM：基于工业绒面晶硅的高效钙钛矿叠层太阳能电池
杂化两步法相比领域内广泛使用的全溶液法，制备的钙钛矿薄膜质量普遍较差。为了获得晶粒大、缺陷态密度低的钙钛矿薄膜，还需要解决杂化两步法沉积过程中反应充分、结晶过程滞后、不同组分比例匹配难以控制等问题。
南京大学谭海仁等人开发了一种阴离子工程添加剂策略来控制宽带隙钙钛矿薄膜的结晶过程。该策略能够提高薄膜结晶度、降低陷阱密度和在工业织构化硅上的保形沉积。这种策略允许制造效率为28.6%的钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池(认证为27.9%，1 cm2)。这种方法与工业织构化硅上串联的可扩展制造兼容，对于16 cm2的孔径面积证明了25.1%的效率。阴离子工程添加剂显著提高了宽带隙钙钛矿太阳能电池的工作稳定性，并且封装的串联太阳能电池在环境条件下在全1个太阳照明下工作2000小时后保持了其初始性能的80%以上。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202207883
7.AM：顺序界面工程降低钙钛矿/C60界面损耗
宽带隙钙钛矿太阳能电池在实现高效串联叠层太阳能电池方面具有巨大潜力。然而，钙钛矿/电子选择性接触（例如C60）界面处发生的非辐射复合和载流子传输损失给接近其理论效率极限带来了重大障碍。
鉴于此，南京大学Jin Wen&谭海仁&天合光能光伏科学与技术国家重点实验室Jifan Gao通过顺序界面工程降低钙钛矿/C60界面损耗，实现高效钙钛矿/硅串联叠层太阳能电池。通过顺序界面工程（SIE）策略协同缩小导带偏移并降低钙钛矿/C60界面处的复合速度。性能最佳的宽带隙钙钛矿太阳能电池（1.67 eV）可提供21.8%的功率转换效率和令人印象深刻的1.262 V开路电压。此外，通过与具有亚微米金字塔结构的双纹理硅集成，在1 cm2单片钙钛矿/硅串联叠层电池中获得了29.6%的稳态效率（经认证效率为29.0%）。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202308370
8.Angew：超28%效率！全钙钛矿叠层电池（Jsc纪录值）
将宽带隙（WBG）和窄带隙（NBG）钙钛矿与互连层（ICL）相结合构建单片全钙钛矿串联太阳能电池是实现高功率转换效率（PCE）的有效方法。然而，ICL 的光学损耗需要进一步降低，以充分发挥全钙钛矿串联太阳能电池的潜力。
南京大学林仁兴&谭海仁等人采用咔唑基空穴选择性分子（CH）锚定的金属氧化物纳米晶体层，其光学损耗低得多，被用来代替聚（3,4-乙撑二氧噻吩）聚苯乙烯磺酸酯（PEDOT：PSS）作为空穴传输层（HTL） ）用于铅锡 (Pb-Sn) 钙钛矿子电池和全钙钛矿串联太阳能电池中的 ICL。 优化的混合Pb-Sn NBG钙钛矿太阳能电池表现出23.2%的高PCE，以及33.5 mA cm-2的高短路电流密度 (Jsc)。全钙钛矿串联太阳能电池进一步获得了28.1%的高PCE，迄今为止最高的Jsc为16.7 mA cm-2。封装串联太阳能电池在1-Sun光照下以最大功率点 (MPP) 运行 500 小时后仍保持其参考点的 90%。
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202313374
9.ACS Energy Lett.: 28.3%@1.05 cm2，钙钛矿-硅叠层太阳能电池
采用混合蒸发溶液方法在工业织构硅上保形且可扩展地生长钙钛矿薄膜，有助于单片钙钛矿/硅串联太阳能电池的充分光利用和大规模商业化。然而，这种方法的功效受到从旋涂到刮刀涂布技术过渡期间反应不完全的阻碍，特别是涉及埋藏升华-PbI2。
南京大学谭海仁等人展示了与骨架热处理（FHT）策略相结合的三源共蒸发（PbI2、PbCl2 和 CsBr）方法。这种无机骨架组成工程产生了准二维层状结构CsPb2X5，扩大了无机层间距，有利于有机盐溶液的渗透。因此，获得了具有完全转化的PbI2的高质量钙钛矿薄膜。 这一进步转化为最好的串联太阳能电池之一，其稳定效率为 28.3% (1.05 cm2)。 值得注意的是，在环境空气中1个太阳光照下运行超过1200小时后，封装器件仍保留了94%的初始性能。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.3c02002
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