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頂刊收割機鈣鈦礦大盤點

來源：本站時間：2019-10-24 00:00:00 瀏覽：10568次

1. 陳棋Adv. Mater.：鈣鈦礦太陽能電池的應力調控策略

如今，由于有機-無機鹵化物鈣鈦礦具有出色的光電性能，它們已成為研究最深入的光伏材料之一。鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的功率轉換效率（PCE）在幾年內從3.8％提高到24.2％。但是，PSC的不穩定性仍然是其商業化的最大障礙。目前，研究者已經通過多種方法來提高材料的耐濕氣，氧氣和熱電應力性能，而不會嚴重影響器件效率。

北京理工大學的陳棋教授課題組研究了鈣鈦礦薄膜中通過A位摻入的殘余應力松弛。在(FAPbI₃)_0.85(MAPbBr₃)_0.15鈣鈦礦薄膜上通過晶格重構進行后處理過程，以調節沿薄膜厚度方向的殘余應力分布。研究團隊詳細討論了控制界面殘余應力松弛的潛在機制。所得器件的PCE從20.02％提高到21.48％，并且獲得了顯著的穩定性：觀察到在沒有封裝的情況下暴露于環境中超過1000小時僅有輕微的下降。

此外，作者發現鈣鈦礦薄膜表面晶格上的一個位點合金化導致界面構型類似于“骨關節”，從而在熱循環測試中為外部應力提供了緩沖作用。

文獻鏈接：

Interfacial Residual Stress Relaxation in Perovskite Solar Cells with Improved Stability (Adv. Mater., 2019, DOI: 10.1002/adma.201904408)

2. 崔屹Joule：低溫電磁分解有機-無機鹵化物鈣鈦礦的分解機理及原子結構

盡管混合有機-無機鹵化物鈣鈦礦太陽能電池取得了快速進展，但由于其對電子束輻射和環境暴露的極端敏感性，因此無法使用透射電子顯微鏡研究其原子結構。

美國斯坦福大學的崔屹教授團隊開發了低溫電子顯微鏡（cryo-EM）的方法，可在原子分辨率成像的各種操作條件下保存極為敏感的鈣鈦礦，甲基銨碘化鉛（MAPbI₃）。研究發現短時間的紫外線照射和僅在空氣中暴露10 s后樣品表面變粗糙，碘化鉛納米顆粒在MAPbI₃納米線的表面上沉淀，而傳統的X射線衍射仍未發現這些現象。

作者確定了關鍵電子劑量的定義，并且在低溫條件下，MAPbI₃的此值在1.49 A?空間分辨率下為12 e^-/A?²。這個結果強調了cryo-EM的重要性，因為傳統技術無法捕獲樣品的形態和結構方面的重要納米級變化，而這些變化對鈣鈦礦型太陽能電池的穩定性和性能具有重要意義。

文獻鏈接：

Unravelling Degradation Mechanisms and Atomic Structure of Organic-Inorganic Halide Perovskites by Cryo-EM (Joule, 2019, DOI: 10.1016/j.joule.2019.08.016)

3. 韓宏偉和梅安意Adv. Energy Mater.：鹵化物鈣鈦礦太陽能電池添加劑的綜述

添加劑被廣泛用于高效、穩定和無滯后的鈣鈦礦太陽能電池，并在鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的各種進展中發揮重要作用。

華中科技大學的韓宏偉教授和梅安意教授在這篇綜述中對用于PSC的各種添加劑進行了總結，并概括了它們的作用機理以及對器件性能的影響。添加劑的主要作用是調節鈣鈦礦薄膜的形態，穩定基于甲酰胺基（FA）和銫（Cs）的鈣鈦礦的相，調節PSC中的能級排列，抑制鈣鈦礦中的非輻射復合，消除磁滯現象，增強PSC的穩定性。

文獻鏈接：

A Review on Additives for Halide Perovskite Solar Cells (Adv. Energy Mater., 2019, DOI: 10.1002/aenm.201902492)

4. 戚亞冰和王國峰ACS Nano：有機-無機雜化鈣鈦礦中的表面缺陷動力學：從機理到界面性質

有機-無機雜化鈣鈦礦（OHP）憑借其出色的光電性能和低成本制造，已在光伏和發光二極管研究界引起了廣泛關注。鈣鈦礦中的缺陷會影響器件的效率和穩定性，并在離子遷移方面具有潛在影響。

日本沖繩科學技術研究院大學的戚亞冰教授和匹茲堡大學的王國峰教授在這項研究中，在原子尺度上研究了CH₃NH₃PbBr₃（MAPbBr₃）中固有缺陷的動力學行為和電子性質。作者使用掃描隧道顯微鏡來明確顯示空位輔助運輸個別離子的發生以及OHP表面空位缺陷簇的存在。作者將這些觀察結果與密度泛函理論（DFT）計算相結合，以確定這種離子運動的機理，并表明表面的離子遷移能壘以及遷移機理取決于晶體的方向。DFT計算還表明，空位缺陷簇可以顯著地改變鈣鈦礦表面的局部功函數，從而有望改變器件中的界面電荷傳輸。這項工作提供了對OHP中離子遷移機制的微觀洞察，并且還提供了從接口工程角度改進設備的有用信息。

文獻鏈接：

Surface Defect Dynamics in Organic?Inorganic Hybrid Perovskites: From Mechanism to Interfacial Properties (ACS Nano, 2019, DOI: 10.1021/acsnano.9b06585)

5. Sai-Wing Tsang Adv. Energy Mater.：填充系數超過80％的高性能鈣鈦礦太陽能電池無摻雜共面D-π-D空穴傳輸材料的合理設計

作為有前途的光伏技術，鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由于其出色的吸光性，電荷載流子傳導性，具有成本效益的溶液加工制造技術，尤其是其較高的功率轉換效率（PCE）而備受關注。基于spiro-OMeTAD或PTAA的PSC的PCE已超過22%。但是，這兩個基準HTM的未來應用將遭受其高成本的困擾，這是它們合成和純化過程復雜所導致的。

此外，由于固有的空穴電導率不足，sprio-OMeTAD和PTAA通常都需要使用鹽或小分子進行額外的摻雜工藝。盡管導電性有所改善，但是這些摻雜物的使用不僅使器件制造復雜化，而且對所得PSC的穩定性構成威脅。因此，迫切需要開發低成本的不含摻雜劑的有機HTM，該有機HTM可以替代基于spiro-OMeTAD或PTAA的HTM，并進一步提高器件效率和穩定性。

香港城市大學的Sai-Wing Tsing教授報道了兩種新型的D-π-D空穴傳輸材料（HTM），分別縮寫為BDT-PTZ和BDT-POZ，它們由BDT作為π-共軛連接體，PTZ/ POZ作為供體單元。以上兩個HTM作為無摻雜HT層部署在p-i-n鈣鈦礦太陽能電池（PSC）中，分別具有出色的功率轉換效率為18.26％和19.16％。尤其是，BDT-POZ表現出卓越的填充因子，為81.7％。這與其通過穩態/瞬態熒光光譜和空間電荷限制電流技術驗證的更有效的空穴提取和傳輸相一致。單晶X射線衍射表征表明這兩個分子具有不同的堆積趨勢，這可能解釋了PSC中各種界面空穴傳輸能力。

文獻鏈接：

Rational Design of Dopant-Free Coplanar D-π-D Hole-Transporting Materials for High-Performance Perovskite Solar Cells with Fill Factor Exceeding 80% (Adv. Energy Mater., 2019, DOI: 10.1002/aenm.201901268)

6. 徐庶Angew. Chem. Int. Ed.：通過水-油界面合成方法控制CH₃NH₃PbBr₃鈣鈦礦納米晶體的生長

由于有機-無機鹵化鉛鈣鈦礦納米晶體（LHP NCs）的超快形成速度，因此科研工作者對其反應動力學的認知十分有限。

河北工業大學徐庶教授開發了MAPbBr₃ NCs的水-油界面合成，將反應時間延長至數十分鐘。該方法可以原位監測MAPbBr₃ NC的形成過程，并通過延長反應時間在單個反應中觀察從438nm到534nm的連續光譜演變。該方法的實施取決于降低PbBr₆^4-八面體的形成速率和MA的擴散速率。PbBr₆^4-的形成是決定反應速率的步驟，雙相體系為控制MA的傳質提供了良好的反應條件。

文獻鏈接：

Controlled Growth of CH₃NH₃PbBr₃ Perovskite Nanocrystals via a Water-Oil Interfacial Synthesis Method (Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201910225)

7. 向萬春Nat. Commun.：混合鹵化物無機鈣鈦礦太陽能電池中鋇誘導的相分離和帶隙減小

全無機金屬鹵化物鈣鈦礦正在向有效的長期穩定材料和太陽能電池發展。元素摻雜，特別是在鉛位上的摻雜，已被證明是一種獲得有效且穩定的無機鈣鈦礦型太陽能電池所需的薄膜質量和材料相的有用策略。

武漢理工大學向萬春教授通過在CsPbI₂Br中添加鋇來演示其功能。作者發現鋇沒有摻入鈣鈦礦晶格中，但會引起相偏析，與前體化學計量相比，碘化物/溴化物的比率發生變化，因此鈣鈦礦相的帶隙能降低。鋇含量為20mol％的器件顯示出14.0％的高功率轉換效率，并極大地抑制了無機鈣鈦礦內部的非輻射復合，產生了1.33 V的高開路電壓，電致發光的外量子效率為10^?4。

文獻鏈接：

Ba-induced phase segregation and band gap reduction in mixed-halide inorganic perovskite solar cells (Nat. Commun., 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-12678-5)

8. Jian Wang Nano Energy：通過將機器學習方法與第一性原理計算相結合，在光伏系統中發現穩定且無毒的有機-無機雜化鈣鈦礦雜化材料

傳統的試錯法嚴重限制和阻礙了高性能功能材料的搜索，尤其是當搜索空間很大時。快速尋找高級功能材料一直是研究的熱點，并引起了許多實驗和理論研究的關注。

香港大學的Wang Jian教授通過將機器學習方法與密度泛函理論（DFT）計算相結合，提出了一種目標驅動方法，以加快從230808個HOIP候選對象中發現用于光伏應用的隱藏混合有機-無機鈣鈦礦（HOIP）的速度。作者在對潛在的HOIP候選對象施加兩個標準（即電荷中性條件和穩定性條件）之后，隨后進行機器學習（ML）篩選，選擇了686個具有適當帶隙的正交晶狀HOIP。在機器學習篩選中，使用包括梯度增強回歸（GBR），支持向量回歸（SVR）和核嶺回歸預測（KRR）在內的三種ML模型進行集成學習，以預測38086 HOIP候選者的帶隙。

最終，通過DFT計算并在太陽能電池具有適當的帶隙的情況下驗證了132種穩定且無毒類HOIP。在本研究中，不僅發現了一系列未經探索的穩定且無毒的HOIP，可用于進一步的實驗合成，而且還構建了新的HOIPs數據庫，因此有利于將來的功能材料設計。

文獻鏈接：

Global discovery of stable and non-toxic hybrid organic-inorganic perovskites for photovoltaic systems by combining machine learning method with first principle calculations (Nano Energy, 2019, DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104070)

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