薄膜太阳能电池响应测量系统

铜锌锡硫硒太阳能电池（CZTSSe）是一种新型薄膜太阳能电池，因吸光系数高、弱光响应好、稳定性高、组成元素储量丰富、环境友好且价格低廉而颇具发展潜力，从而备受关注。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心孟庆波团队多年来在该类薄膜太阳能电池方面开展了系统研究，在高质量铜锌锡硫硒薄膜制备、界面调控、器件载流子动力学分析和电池效率提升等方面取得了系列研究成果。例如，基于二甲亚砜（DMSO）体系，发展了一种可以同时调控背界面和吸收层体相缺陷的Ge掺杂策略，所制备的CZTSSe电池认证效率为12.8%；在界面研究方面，引入有机电子传输层（PCBM）增强电荷抽取与传输，实现了12.9%的电池效率；在溶剂工程方面，发展了一种环境友好的水溶液体系，探索了小分子配体与金属离子相互作用对前驱膜、硒化膜晶体生长、薄膜微结构及器件性能的影响，获得了12.8%的电池认证效率。该团队已在CZTSSe电池材料及器件方面申请国家发明及实用新型专利13项。　　近日，该团队与南京邮电大学教授辛颢合作，从硒化动力学角度出发，通过调节腔室压强来改变半封闭石墨盒中的硒化反应速率，进而调节铜锌锡硫硒薄膜的相演变过程。增加腔室压强后，研究通过原位实时硒分压监测发现，在硒化早期，硒分压被抑制，从而降低了硒化升温阶段（200-400 ℃）中前驱膜与气态硒蒸汽的碰撞几率；同时，正压条件下硒化能够抑制元素的非均匀扩散。在以上两点共同影响下，相演变过程在相对更高的温度下开始（＞400 ℃），前驱膜表面经常出现的CuxSe、Cu2SnSe3等中间相被抑制，因此，实际相演变过程一步完成。由此获得的银替位CZTSSe（ACZTSSe）吸收层晶体质量高、内部孔洞少、表面缺陷浓度显著降低。所制备电池体相缺陷浓度降低了约一个数量级，电学性能也得到明显改善，并实现了全面积14.1%效率（认证全面积13.8%）的太阳能电池，是目前报道的最高效率。这一工作为进一步理解和调控铜锌锡硫硒相演变过程提供了动力学调控思路，并为其他类型多晶薄膜生长制备提供借鉴意义。　　相关研究成果以Control of the Phase Evolution of Kesterite by Tuning of the Selenium Partial Pressure for Solar Cells with 13.8% Certified Efficiency为题，发表在《自然-能源》（Nature Energy，DOI：10.1038/s41560-023-01251-6）上。研究工作得到国家自然科学基金的支持。图1.（a）铜锌锡硫硒的相演变路径示意图；（b）原位监测获得的不同腔压下反应过程中的硒分压曲线；（c）铜锌锡硫硒太阳能电池认证报告（国家光伏产业计量测试中心）。图2.（a）对比组吸收层的SEM正面和截面图像；（b）实验组吸收层的SEM正面和截面图像；（c）对比组吸收层的能带结构；（d）实验组吸收层的能带结构。

随着地球能源的不断枯竭，太阳能越来越受到人类的重视，太阳能光伏电池的研究也得到了空前的发展，目前的太阳能光伏电池主要以晶体硅电池为主，但随着科学的进步，研究的不断深入，越来越多的高效节能电池被开发使用，其中以薄膜电池为翘楚。薄膜电池以其高效、低耗、大面积电池等特点广泛受到人们的关注。薄膜太阳能电池的形态各异，结构也是多种多样，这对研究薄膜电池带来了不小的麻烦。在制造过程中我们不仅要了解电池的转化效率等直观因素，为了更好的提高工艺制造出更高效的太阳能光伏电池，我们更要深入了解电池的内部光电转化过程及其影响因素。在众多因素当中IV特性曲线和量子效率曲线图无疑是重中之重。图一：IV曲线图图二：量子效率量子效率：是指太阳能电池的电荷载流子数目与照射在太阳能电池表面一定能量的光子数目的比率。研究量子效率对了解电池内部光电转化有着重要意义。早在2009年期间我公司在中科院张建民老师的带领下就研发试制了国内首台一体化自动测试量子效率系统，：SCS100测试系统。产品一经推出就受到了国内外太阳能研究人士的青睐。随着在太阳能电池测试领域经验不断地积累，公司今年上半年又推出了全新一代产品，SCS10-FILM薄膜电池专用测试系统。系统针对薄膜电池的特点，加入了单光源双路可调偏置光，最大输出能够达到一个太阳强度。为了适应薄膜电池的宽光谱，光谱测试范围覆盖了0.3～1.70μm光谱带，并编写了功能强大的测试软件，不仅实现了自动计算量子效率曲线，而且能够计算出电池的短路电流密度，更加方便了评估电池的整体效率。同时系统还实现了漫反射测试和量子效率测试同步测试的功能，更加准确的计算电池的内量子效率。图三：系统整体图先进的光源配置：系统的测试光源由卤素灯和氙灯光源两种灯源构成，这样，补偿卤素灯在紫外区能量不足的问题，又能解决氙灯光源在近红外有很多尖锐波峰的问题，实现了整个测试范围内的光源光谱平滑，有效增加了洗系统的稳定性。图四：普通卤素灯的光谱图图五：普通氙灯的光谱图独特的测试光路设计：大部分的量子效率测试系统都受困于量子效率测试点和反射率测试点不能够实现位置的重复定位，导致两参数测试在不同位置，这对于均与性不是很高的样品或高精度测试的试验中影响很大，本系统通过独特的光纤输出反射聚焦结构实现了反射率和量子效率同时同地测量的方式，有效地解决了上述问题带来的烦恼。通过聚焦反射光路，系统更能够大大降低色差对测试过程中带来的影响。由于太阳能电池的光谱测试范围宽，如果采用传统的投射聚焦方式进行测试，当测试到红外区时，因不同波长折射率不同的缘故聚焦光斑开始扩散，而红外区有是不可见的，因为会对测试带来极大的不确定因素。强大的偏置光配置：为了提高太阳能电池的转化效率，我们可以扩展电池的光谱响应范围以接受更多的太阳能，从而提高转化率，因此多节电池孕育而生。然而测试多结电池要比普通电池复杂得多，我们不仅要考虑多结电池的最小限流问题，还要考虑电池的偏压测试问题，因此测试多结电池我们要配有功能强大的偏置光附件，既能够满足光谱范围的需求，又能够对光强的要求。我们设计的单光源双路可调偏置光正可满足多结电池的测试需求，偏置光不仅实现了两路光能够各自调节光强，同时根据测试电池的不同，可选配不同的滤光片。功能全面高效的软件：软件集量子效率测试、反射率测试、内量子效率测试三测试功能于一体，自动计算画图，强大的图表处理能力，方便用户修改、标记测试曲线。多种格式输出保证了用户处理数据的方便使用。一键式参数文件保存功能不仅方便存贮测试数据还能保留测试参数，方便分析实验。图六：功能强大的图标管理功能特点总结：1、实现内外量子效率同步测试2、双光源测试，契合IEC标准，提高测试准确性3、双路可调偏置光，轻松实现三节电池测试4、功能强大的测试软件

Veeco日前与中国电子科技集团公司第十八研究所、中国化学与物理电源行业协会共同举办了铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳电池技术研讨会，议题涵盖CIGS薄膜太阳能电池的最新生产设备、测试设备及目前中国光伏产业发展现状等。 Veeco主要为高亮度LED、太阳能、半导体用户提供技术解决方案。Veeco大中华区总经理王克扬表示，Veeco是业界目前唯一可将热源整合到CIGS Web镀膜系统上的薄膜沉积设备供应商，因此公司的FastFlex卷绕镀膜系统能够给客户带来卓越的高吞吐量的沉积方案，帮助客户快速完成从研发到量产的过程。 FastFlex Web镀膜系统，由Veeco于2008年5月收购的Lowell生产，具有吞吐量高、性能卓越、拥有成本低，并且具有紧凑的外形尺寸等特点。通过其灵活的结构设计可实现溅射，反应溅射和热蒸发镀膜，是Mo（钼），TCO（透明导电氧化物）和CIGS等太阳能薄膜制备的理想工具。王克扬介绍，系统可在多个沉积区实现旋转或平面磁场分布，用户可根据自身需要选用表面预清洗和多种泵系统。CIGS 系统配备有Veeco拥有专利并已在业界广为使用的PV系列热蒸发源，通过选用合适的沉积系统并优化工艺条件，可极大提高原料的利用率和降低镀层厚度的不均匀性（NU）。 Veeco目前针对薄膜太阳能电池的大规模生产向客户提供钼、CIGS及TCO沉积层的集成制造解决方案。经生产验证的CIGS热沉积源，因能高产量生产出超高质量薄膜，并转化成更高效、高成品率的多结太阳能电池，从而有效地新降低太阳能电池每瓦成本。TurboDisc E475是行业内领先的最大产能的MOCVD系统，针对大批量化合物材料的生产而设计，采用RealTemp 200技术可直接实现闭环原位晶片温度控制，并通过快速地开/关气体实现弯道处的严格控制，这两项技术的处理可带来优质的材料以及很高的工艺率，相较于前代产品E450提高了15%的产能并进一步降低了成本。 除多结太阳能电池外，该系统还可用于HBT、pHEMT器件，以及红、橙和黄光高亮度LED、激光二极管等。其TurboDisc K系列GaN MOCVD系统，主要用于大批量生产GaN基绿光LED和蓝色激光器，并对增加GPI的高亮度蓝光LED的产量也有明显作用。 王克扬介绍，Veeco目前在上海外高桥建有保税仓库，在北京和上海设立了多个联合实验室，为用户提供直接和周到的市场和技术支持。而薄膜太阳能电池和LED照明领域，是公司在中国重点拓展的目标市场，并且已有了实质性进展。 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------全文引自《光伏国际》网络版，版权归《光伏国际》及Veeco公司所有

据英国《自然》杂志网站近日报道，尽管薄膜太阳能电池应用广泛，但其也有“先天不足”：薄膜越薄，制造成本越低，但当其变得更薄时，会失去捕光能力。美国科学家表示，当薄层厚度等于或小于可见光的波长时，其捕光能力会变得很强。科学家们可据此研制出厚度仅为现在商用薄膜太阳能电池厚度的1%、但捕光能力却大有改善的薄膜太阳能电池。　　科学家们用射线—光极值这一理论最大捕光值来标识一种材料最多能捕获多少光线，但是，只有当材料具有一定的厚度时，才能达到这一峰值。目前，科学家们已经制造出了吸光层的厚度仅为0.1纳米的薄膜太阳能电池，但这样纤细的薄膜会漏掉很多光。　　然而，现在，加州理工学院应用物理和材料科学教授哈里阿特沃特和同事在最新一期《纳米快报》杂志上指出，他们找到了一种巧妙的方法，使薄层能帮助太阳能电池超越射线—光极值。他们发现，当薄层的厚度小于可见光的波长(400到700纳米)时，薄层会同这些可见光的波特性相互作用而不是将可见光看成一条直直的射线。阿特沃特说：“当我们制造出的薄层厚度等于或小于可见光的波长时，一切规则都改变了。”这样，一种材料的吸光能力不再取决于厚度，而取决于光线和吸收材料之间的波作用。　　通过计算和计算机模拟，阿特沃特团队证明，让一种材料对光更有“胃口”的技巧在于，制造出更多“光态”让光来占领，这些“光态”就像狭缝一样，能吸收特定波长的光。一种材料的“光态”数量部分取决于该材料的折射率，折射率越高，其能支持的“光态”就越多。　　其实，早在2010年，斯坦福大学的教授范汕洄(音译)和同事就将“光态”数确定为一种材料能吸入多少光线的主要因素。他们用一种折射率较高的材料将一种折射率低的材料包围，结果发现，高折射率材料的出现能有效提高低折射率材料的折射率，增强其捕光能力。　　阿特沃特团队对上述结论进行了延伸，最新研究表明，薄膜吸光器内挤满 “光态”会大大增强其捕光能力。而且，可通过几种方式(比如，用金属或晶体结构包住吸光层或将吸光器嵌入一个更复杂的三维阵列中)来提高吸收器的有效折射率。范汕洄表示：“最新研究表明，我们可以采用多种不同的方法有效地突破射线—光极值。”　　美国托莱多大学的罗伯特柯林斯表示，阿特沃特团队的研究是“非常关键的第一步”。但他也认为，这项技术还面临着诸多挑战，比如，需要额外的工业过程来制造这些超薄的薄膜，这会导致成本增加。

有机薄膜太阳能电池就是由有机材料构成核心部分的太阳能电池。其中，P型有机半导体（P3HT）是使用的材料之一，属于结晶性高分子，是一种3-己基噻吩的聚合物。实际使用的过程中，高分子的老化是不可避免的，因此需要对材料进行热稳定性的评价。日立热重-差热同步热分析仪STA7000系列，采用数字水平差动方式，基线更加稳定，能够检测到微量变化。并且有良好的扩展性，开发出TG-MS专用接口，可以与质谱（MS）进行联用，用于溢出气体定性分析。下面，通过热重-质谱联用（TG-MS）来评价P3HT的热稳定性，并分析其反应产生的气体。 实验结果■ TG和总离子流色谱图（TIC）P3HT在470℃附近开始发生热分解，有1个热失重台阶。由TIC图可见，P3HT产生的气体几乎全部是由热分解过程中产生的。■ MS（480℃附近）上图是480℃的MS图谱，可以得到溢出气体成分质核比和离子强度的信息，从而对热分解产物进行定性分析。 综上所述：TG-MS联用可以考察样品热失重过程中产生的气体或特定成分，为样品的分子结构和热分解反应机制提供必要的解释。关于日立TA7000系列热分析仪详情，请见：日立 DSC7020/DSC7000X差示扫描热量仪https://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C313721.htm日立 STA7000Series 热重-差热同步分析仪https://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C313727.htm日立 TMA7000Series 热机械分析仪https://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C313737.htm日立 DMA7100 动态机械分析仪https://www.instrument.com.cn/netshow/SH102446/C313739.htm

p　　有机太阳能电池具有质轻、柔性、成本低、弱光响应等优点，是当前太阳能电池技术的前沿热点研究方向。高效率﹑耐弯折和廉价的柔性有机太阳能电池在柔性可穿戴和便携式电子设备、光伏建筑一体化和军事等领域具有很强的应用潜力。目前，大多数有机太阳能电池的研究结果都是基于刚性的氧化锡(ITO)玻璃基板。但有机太阳能电池如果要实现商业化应用，其真正的优势是采用低成本的湿法印刷和卷对卷大面积工艺制造。在有机太阳能电池中，最常用的电极材料是铟掺杂的氧化锡(ITO)。然而，ITO在塑料基板上存在导电性差和机械脆性等问题，而且ITO通常在高温下通过真空溅射进行加工，这使得其价格昂贵，并且不利于采用大面积印刷和卷对卷来制备。已经有一些报道采用新的电极材料来代替传统ITO，如纳米银线、石墨烯、碳纳米管、导电聚合物等，其中聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)薄膜的成本相对较低，并且该薄膜表现出高光学和电学特性、优异的热稳定性、良好的柔韧性等。利用酸掺杂PEDOT:PSS可以大幅提高其导电率，但目前报道的大多数采用强酸如硫酸、硝酸等进行掺杂，再进行高温后处理，容易损伤PET等柔性塑料基板。/pp　　近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员葛子义团队在前期高效率有机太阳能电池研究的基础上(Nature Photonics, 2015, 9, 520 Advanced Materials, 2018, 30, 1703005 Macromolecules, 2018, DOI: 10.1021/acs.macromol.8b00683 Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6, 464)，在柔性有机太阳能电池领域又取得新进展，创新性地开发了低温酸处理PEDOT:PSS电极替代需要高温溅射且昂贵的ITO电极。通过低温甲磺酸处理来提高PEDOT:PSS薄膜的导电性、降低薄膜的粗糙度，同时避免传统的强酸处理对柔性塑料衬底的破坏。进而利用全溶液加工技术，采用PBDB-T和IT-M非富勒烯活性层，制备了全湿法加工非ITO的单结柔性有机太阳能电池，电池的能量转换效率达到10.12%，这是迄今报道的全湿法加工的柔性有机太阳能电池的最高效率。而且这类全溶液加工的柔性有机太阳能电池非常符合卷对卷印刷和刮涂等大面积制备工艺的技术要求，为有机太阳能电池低成本柔性化制备提供了重要的参考途径。该项工作以All Solution-Processed Metal Oxide-Free Flexible Organic Solar Cells with Over 10% Efficiency 为题发表在国际期刊《先进材料》(Advanced Materials)上。葛子义和团队成员樊细为该论文的共同通讯作者，硕士生宋伟为第一作者。/pp　　上述研究得到了国家重点研发计划(2017YFE0106000和2016YFB0401000)、国家自然科学基金(51773212, 21574144和21674123)、中科院前沿科学重点研究项目(QYZDB-SSW-SYS030)、中科院重点国际合作项目 (174433KYSB20160065)、中科院交叉创新团队、浙江省杰出青年基金(LR16B040002)和宁波市科技创新团队(2015B11002，2016B10005)等资助。/pp style="text-align: center "img title="W020180523579124813794.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/b0085859-db45-42e0-b92f-b5f1ebccc183.jpg"//pp style="text-align: center "图：柔性有机太阳能电池的结构示意图和光伏特性曲线/p

编辑：高明审核：chen钙钛矿太阳能电池作为第三代新概念太阳能电池代表，近年来备受关注，这得益于其具备的种种优势，譬如：它采用溶剂工艺，可以在常温下制备，生产成本大大下降；柔性好、可大面积印刷，在光伏产业的应用有着为可观的前景；清洁廉价无限制，可为能源供应难题提供有效方案等等。不仅如此，钙钛矿太阳能电池之所以成为代表，一个更加备受瞩目的优势就在于——它的原料多为液态，可以用来制备大面积柔性电池及设备，在未来或许可以应用于可穿戴智能设备上，边走路边发电！这种在电影中才出现的镜头将来会成为日常，想想是不是就觉得很炫酷呢？但要想实现这一场景，还需解决三个难题，这也是钙钛矿太阳能电池尚未实现规模化商业生产的原因。哪三个问题呢？本次“前沿应用”栏目将带大家一探究竟~短寿之憾我们知道，对于电池来说，一个重要衡量指标就是使用寿命。钙钛矿电池实际生产和应用所面临的困难中，一个重要问题就是它的寿命只有短短数月，远远低于硅基太阳能电池，这也是其实现商业化面临的个问题。钙钛矿电池不够稳定，主要是因为钙钛矿电池对水、热、氧环境度敏感，使得电池结构不稳定，易产生不可逆降解。要延长钙钛矿电池的寿命就要提高稳定性，目前主要有两种方法，一种是采用复合型钙钛矿材料，提高其本身的稳定性，另一种就是找到合适的添加剂物质，来抑制钙钛矿材料的分解。目前关于这方面的研究已经紧锣密鼓地展开。就在今年1月份，欧洲薄膜太阳能电池研究联盟Solliance，TNO，imec和埃因霍温科技大学，就报道了一种采用工业工艺（溅射镀膜，狭缝涂布镀膜，原子层沉积和基于激光的互连）制造的封装钙钛矿太阳能电池模组，该模组经受既定的寿命测试，即耐光性测试，耐湿热测试和热循环测试，具有出色的稳定性。相信未来能有更多的方法能够应用于钙钛矿电池的分解问题解决。图片来源：pixabay效率之痛电池的效率是评价电池性能的另一个重要指标，在过去十年，钙钛矿太阳能电池的效率有不少提升。根据《科学》（Science）今年4月发表的一篇报道，钙钛矿太阳能电池的转换效率已经上升到26.7％，非常接近传统晶体硅太阳能电池的效率。但事实上，钙钛矿太阳能电池的转换效率依然有很大提升空间，这是因为转化过程中，通电的载流子会因为缺陷问题被卡住，从而降低电池效率。那么，什么是载流子寿命呢？它为何成为影响太阳能电池效率的重要指标呢？据HORIBA资深工程师Ben Yang博士介绍，钙钛矿太阳能电池产生的电能来源于电荷的分离、迁移和重组，其中电荷可以扩散多远、游离多久——即载流子寿命，很大程度上就决定了太阳能电池的效率。载流子寿命越长，电池的效率也越高。图片来源：pixabay既然载流子寿命如此重要，那如何提升载流子寿命呢？精确测量是步，通过不断测量找到效率低下的关键问题，进而改进。“荧光寿命测量是一种常用于表征载流子寿命的技术，通过测量电荷重组率，进而标定电池的效率。HORIBA为测量荧光寿命研发了相应的产品。” Ben Yang博士如是说道。DeltaFlex和DeltaPro荧光光谱仪是专门的测量荧光寿命的分析仪器，它们可以监测光收集过程的效率，通过仪器搭配的TCSPC系统，研究人员可以测量重组率。另外，使用HORIBA QuantaMaster™ 、Fluorolog和FluoroMax荧光光谱仪，并联合HORIBA-IBH 荧光寿命组件，还可以完成测试钙钛矿材料对不同光吸收的效率。tips：如果您想了解更多荧光光谱仪的解决方案，点击阅读原文提交需求，我们的工程师会尽快联系您~您也可以进入HORIBA微信公众号的图书馆栏目，查看下载更多解决方案。值得庆幸的是，同样是今年4月，《自然》(Nature)杂志发表了一篇论文，介绍了剑桥大学等机构合作成果——钙钛矿材料中影响载流子寿命的“缺陷”根源。相信通过精准的测量和缺陷根源的追溯，载流子的寿命将会一步步提升，钙钛矿电池的效率也会进一步改善图片来源：pixabay量产之难实现商业化后一个攻关的技术点，便是“量产”。要实现大规模生产，就必须将钙钛矿从实验室搬到工厂，这是其终走向市场的关键。然而目前几乎所有高效率的钙钛矿太阳能电池都是用旋涂法制备的，即将钙钛矿材料一般旋涂于金属氧化物骨架上进行制备。然而旋涂法难以沉积大面积、连续的液膜，在实验室中制备，尺寸只有几厘米大小，因此无法满足工业化的高吞吐量与规模化制备的要求。这就成为钙钛矿太阳能电池量产的一个难题。近年来，也出现了一些其他适用于规模化生产的制备方法，像是：刮刀涂布法、电沉积等等，尤其是刮刀涂布法，它的基底温度可控，因此在规模化制备高质量、大晶粒钙钛矿薄膜方法中脱颖而出。更值得欣慰的是由刮刀涂布法制备的钙钛矿太阳电池，效率也能达到20%，十分接近旋涂法制备的器件。未来通过不断地研究，相信它地效率能更进一步。图片来源：pixabay从上文可以看出，尽管短寿之憾、效率之痛、量产之难，这三点是制约钙钛矿太阳能电池快速走向市场的三个问题，但我们仍然对钙钛矿太阳能电池的发展前景抱有大的期待。目前众多公司投资钙钛矿产业就是证明，相信产学研结合的能够解决大规模制备技术的提升，帮助钙钛矿太阳能电池在商业化道路上大步迈进。没有什么不可能，只要我们勇突破！现在不妨设想一下，钙钛矿太阳能电池就在我们的穿戴设备上，比如涂覆在手机表面上，那是怎样的情形呢？我们再也不用担心手机没电了！开心吧？ 免责说明HORIBA Scientific公众号所发布内容（含图片）来源于文章原创作者提供或互联网转载。文章版权、数据及所述观点归原作者原出处所有，HORIBA Scientific 发布及转载目的在于传递更多信息及用于网络分享，供读者自行参考及评述。如果您认为本文存在侵权之处，请与我们取得联系，我们会及进行处理。HORIBA Scientific 力求数据严谨准确，如有任何失误失实，敬请读者不吝赐教批评指正。我们也热忱欢迎您投稿并发表您的观点和见解。 HORIBA科学仪器事业部HORIBA Scientific 致力于为科研及工业用户提供先进的检测和分析工具及解决方案，如：光学光谱、分子光谱、元素分析、材料表征及表面分析等先进检测技术，旗下Jobin Yvon光谱技术品牌创立于1819年，距今已有200年历史。如今，HORIBA 的高品质科学仪器已经成为全球科研、各行业研发及质量控制的选择，之后我们也将持续专注科研领域，致力于为全球用户提供更好的服务。

多通道太阳能电池稳定性测试系统整合了AAA级稳态LED太阳光模拟器和56通道的独立测试单元，配合光强稳定反馈控制系统和光谱调节功能，同时密闭的腔室可对样品的温度、湿度等进行控制，达到ISOS测试要求，从而对太阳能电池的长时间稳定性进行准确的测量与分析。 主要特点： * 集成了A++AA+级/AAA级稳态LED太阳光模拟器； * 寿命超过10000小时的LED灯； * A++级/A级光谱，并可根据应用调节； * 光强稳定性反馈控制系统； * 多达56通道的多路数据采集系统； * 高精度JV和稳定性测量； * 最大功率点追踪，Voc和Jsc每个通道独立选择； * 扫描电压±10V； * 最大电路50mA/通道； * 温度控制范围RT~150℃； * 测试环境控制（氧气、湿度度）；创新点：1）多达56通道测试；2）整合3A级LED太阳光模拟器3）温度、湿度和光照强度控制4）长时间太阳能电池稳定性测试5）LED灯泡长寿命，A级或A+级光谱6）自动化程序控制多通道太阳能电池稳定性测量系统

【重点摘要】由国家可再生能源实验室(NREL)的研究团队发表如何从校准实验室的角度来衡量钙钛矿基单片多接面太阳能电池的性能。对钙钛矿多接面太阳能电池进行精确的标准测试条件（STC）测量至关重要，但具有挑战性。提出了优化的测量方法，能够实现精确的性能特征化。标准化、与生产相关的量化协议持续进步是实现商业可行性的关键。【研究背景】钙钛矿多接面太阳能电池（PVSK MJs）在与硅能源电池结合时已经取得了显著的功率转换效率提升，效率超过30％。这些高效率是在标准测试条件（STC）下报告的，以便进行比较。准确的多接面太阳能电池在STC下的性能测量至关重要，但比单接面器件更加复杂，需要进行光谱模拟并限制每个子电池。需要谨慎的方法，因为快捷方式可能导致误导性的效率评级。【研究结果】提出的钙钛矿多接面太阳能电池的优化测量方法能够在标准测试条件下准确地表征电流-电压曲线和效率评级。通过调整模拟光谱和平衡每个子电池的电流，可以避免与快捷方法相比的误导性能评级。正在开发的高通量测量程序展示了减少测试时间一个数量级而不影响准确性。进一步改进加速测试协议并在研究团队间标准化方法可以促进持续的效率提升。在标准条件下准确评估效率仍然对评估新型多接面结构中的损失机制至关重要。【研究方法】准确测量PVSK MJ性能需要具有光谱可调的太阳模拟器来调节照射在器件上的光谱。测量过程包括确定每个子电池的光谱响应，调整模拟器光谱以实现电流匹配，并在STC下测量IV曲线和功率输出。讨论了在无法使用光谱模拟器时的常见错误和准确性评估方法。【结论】准确的标准测试条件（STC）下的钙钛矿基多接面太阳能电池测量需要具有光谱可调的太阳模拟器。优化的定量方法包括确定每个子电池的光谱响应，调整模拟器光谱以实现电流匹配，并在STC下精确测量功率输出。随着钙钛矿子电池的串联太阳能电池快速发展，防止误导性效率评级的需求使准确的标准测试量化变得更加迫切。最近更新的IEC 60904-1-1要求对于多接面测量中使用的模拟器提出了严格的规范，包括可调输出光谱范围为300-1700nm，符合AM1.5G标准，平均光谱不匹配率低于6％（A++等级）。这种最先进的设备克服了以往双源系统的可靠性问题。Enlitech的SS-PST利用创新的单氙弧灯基础的光谱控制，独特地满足这些新一代标准。Enlitech SS-PST在400-1100nm波长范围内的光谱偏差为11.2％，在300-1200nm范围内为13.1％。300-1700nm的输出光谱可以满足AM1.5G光谱的要求，平均光谱不匹配率低于6％（IEC 60904-9：2020）。输出光谱可调。校准设施采用这些先进工具有望有助于保持使用校准设备的各组报告性能值之间的一致性。朝着负担得起且标准化的定量技术取得进展是促进高效率多接面概念转化为具有商业竞争力的光伏产品的重要基础。可靠的准确测量消除了最终制造规模扩大和部署具有超越传统技术效率潜力的钙钛矿串联结构的障碍。Figure S1.左图：随着钙钛矿/Si串联电池顶部钙钛矿结构的辐照变化，VMPP、IMPP和ISC的变化。右图：二接面电池的示意IV曲线及其组成部分结构，其中顶部结构限制了电流。图S2. 左图：双结钙钛矿/钙钛矿电池的光电流-电压曲线。右图：顶部钙钛矿结构的辐照变化与双结钙钛矿/钙钛矿串联电池的VMPP、IMPP和ISC的关系。

导语：与其他光伏材料相比，钙钛矿太阳能电池在性能的提升方面表现出了惊人的速度。近期，来自德国柏林科技大学的Steve Albrecht等研究者在Science正刊中报道了一个单片钙钛矿/硅串联太阳能电池，其认证的功率转换效率高达29.15%，预计还会进一步提高。现如今，钙钛矿太阳能电池生产技术逐渐趋于成熟，生产设备也逐渐小型化和便捷化。继2009年和2012年的早期关键实验之后，人们对这些生产设备的兴趣激增，目前正在进一步优化它们的性能，并寻找可行的商业应用路线。本文，我们将带您看看钙钛矿太阳能电池材料的制造过程和相关技术。什么是钙钛矿太阳能电池钙钛矿太阳能电池(PSC)顾名思义是由钙钛矿材料作为核心部件制备的太阳能电池。钙钛矿材料的种类很多，但它们都有ABX3的化学通式，其中A和B是阳离子，X是阴离子。在钙钛矿光伏材料中，B通常是金属阳离子，X是卤族元素，A可以是有机或无机阳离子。重要的是，这些成分必须以一种特定的几何结构排列，A穿插在阳离子BX6八面体的间隙。如下图所示。 钙钛矿太阳能电池材料晶格结构的3D示意图（中央亮斑为B，红色为X，蓝色为A） 钙钛矿是钙钛矿太阳能电池中吸收光的材料，它吸收光子并产生电子-空穴对。之后，这个电子-空穴对会分离（也可能不会，这是导致太阳能电池效率低下的原因），释放出电子和正电荷载流子。这些电子（负）和空穴（正）载流子分别被设备中的其他材料（传输层）收集，然后流出，在外部电路中产生电压。人们尝试用各种钙钛矿材料来制备PSCs，其中常见的是MAPbI3。这种材料由基铵正离子嵌入Pb2+离子和碘离子(I-)组成的八面体框架。钙钛矿光伏薄膜材料制备太阳能电池的制备过程主要分为薄膜的制备和后续的加工。后续的加工流程与硅基太阳能电池的后续加工有些类似，涉及到微纳加工与封装等流程，我们不做详细介绍。对于薄膜的制备技术目前主要有液体旋涂和真空镀膜两类。旋涂技术由于设备简单，易于快速搭建等特点很容易在实验室实现。但是其规模化拓展性较差，器件的重复性和稳定性以及与后续加工流程的兼容性等方面仍有不足。在真空镀膜方面目前较为流行的是采用物理气象沉积（physical vapor deposition—PVD），例如热蒸发等方式。对于热蒸发技术来说，在真空室中加热钙钛矿前驱体，使它们向上蒸发并覆盖在基片上。通过对过程的精细控制，形成所需的钙钛矿薄膜。热蒸发方法制备出的薄膜不仅性能出色，同时还能与太阳能电池制造过程中需要的其他过程具备良好的兼容性 (例如，传输层和金属接触层的沉积也经常使用PVD)。热蒸发制备方案概要以制备钙钛矿太阳能电池的常用材料MAI（methylammonium iodide）和PbI（lead iodide）为例，MAI蒸发温度约为150℃，而金属卤化物PbI需要400℃~500℃。这与常规的金属热蒸发相比温度低很多，但对热蒸发源温度控制的性要求较高。传统金属热蒸发更注重所能达到的高温（可达~1800℃），如果采用传统的蒸发源生长钙钛矿材料很容易导致温度过冲，制备的薄膜性能不稳定，甚至前驱体会瞬间挥发殆尽导致生长失败。钙钛矿光伏材料除了在较低温度下生长之外，沉积速率也是一个重要的控制变量。由于沉积速率并非温度的直接函数，钙钛矿材料在沉积时需要对每一个蒸发源的速率进行标定与检测。通常在热蒸发过程中，可以采用晶振探头来探测每一个蒸发源的蒸发速率。对于常规的金属热蒸发过程，材料从蒸发源沿着直线方向到达衬底，按照类似于标准分布函数的规律在衬底上沉积成薄膜。然而对于非常易挥发的材料，例如MAI，蒸发过程中会先在源上方形成较高的蒸气压，这会导致材料向侧方扩散，导致材料在腔体的其他部位形成非必要的沉积。因此，对于钙钛矿光伏材料的沉积过程必须控制得更加精密，否则MAI容易导致其他材料的晶振传感器被污染。专业的低温热蒸发技术与设备英国Moorfield 公司基于多年的薄膜设备生产经验发布了低温蒸发(LTE)技术和相关设备。这使得科研人员能够快速建立高性能的钙钛矿光伏薄膜沉积系统。Moorfield 公司用于钙钛矿太阳能电池制备的设备包括台式nanoPVD - T15A，以及功能增强型的落地式MiniLab系列。这样的低温热蒸发系统具有以下几方面的优点：● 低温蒸发源与控制器：超低的热容量，可选择主动水冷方案实现控制和小的温度过冲；基于传感器的PID反馈回路使得温度、功率或沉积速率可控。● 石英晶振传感器探头：水冷式，降低温度影响。专业设计和安装位置，在生长高蒸汽压钙钛矿前驱体时使信号“串扰”小化。● 真空系统：专业真空腔体设计和定制，包括可选的耐腐蚀泵组系统和预抽保护功能。● 过程控制：采用先进的自动过程控制器，允许多阶段程序设定操作，每个阶段包含单个或多个源蒸发（即共同蒸发），反馈回路控制每个源的速率。● 多功能配置：允许在一个系统上通过不同的PVD技术沉积钙钛矿和其他PSC涂层。此外，系统可以配备冷却或加热样品台，用于处理热敏感基片或在沉积期间/沉积后进行热处理。nanoPVD系统中的LTE蒸发源手套箱集成式系统虽然成品PSCs元件可以在大气条件下使用，但通常有必要在惰性气氛下进行器件封装制造。因为在后的保护涂层覆盖之前，湿气和氧气会对材料性能造成影响。因此，一些PSC制备工作通常在惰性气体(如纯氩气或氮气)的手套箱中进行。基于MiniLab 026和MiniLab 090平台的Moorfield LTE系统可以与手套箱集成，允许在惰性气氛中对衬底或样品进行加工处理。Moorfield可以提供整套的手套箱集成系统或与客户选定的手套箱进行集成。其中MiniLab 026系统可以与用户已有的手套箱进行现场的集成安装。Minilab090系统样品腔（左），与手套箱集成的系统（右）总结钙钛矿材料在太阳能电池方面表现出良好的前景，真空蒸发镀膜是一种很有前途的制备方法且容易实现工业化生产。用于钙钛矿薄膜制备的沉积系统需要进行优化设计，以提高薄膜材料的品质。Moorfield Nanotechnology公司具有雄厚的专业技术基础和先进的设备解决方案，包括全套LTE蒸发源、过程控制选件和完整的沉积系统。此外Moorfield Nanotechnology还提供其他多种材料制备的专业设备，例如磁控溅射、电子束蒸发、快速制备石墨烯的nanoCVD系统。台式高精度薄膜制备与加工系统新动态Moorfield 公司在中国科学院技术物理研究所的台设备安装成功，本次在技术物理研究所安装的是台式高性能二维材料等离子软刻蚀系统—nanoETCH。该系统对输出功率的分辨率可达毫瓦量，对二维材料可实现准确的逐层刻蚀，也可实现二维材料层内缺陷制造，此外还可对石墨基材等进行表面处理。该系统目前正处于技术培训阶段，不日将正式交付使用。中国科学院技术物理研究所安装的nanoETCH系统

太阳能电池材料简述目前，人类的主要能源（石油、煤炭、天然气）的储存量是有限的，为了应对能源危机和环境污染，新能源已是全球关注的焦点，太阳能因其清洁环保尤其备受关注。近几年太阳能电池产业以平均年增长率为30%的速度飞速发展。太阳能电池的种类十分多，按材料分类可分为四类：硅太阳能电池；多元化合物薄膜太阳能电池；有机物太阳能电池；纳米晶太阳能电池，综合考虑材料的价格、对环境的影响及转换效率等因素，以硅为原材料的电池是太阳能电池中最重要的成员。研究和应用最广泛的太阳能电池主要是单晶硅、多晶硅和非晶硅电池。而开发太阳能电池的两个关键问题就是：提高效率和降低成本。为了促进我国在太阳能材料与太阳能电池研究领域的交流和发展，“2018第二届全国太阳能材料与太阳能电池学术研讨会”于2018年6月22-24日在广州召开。本次会议由中国化工学会化工新材料委员会及新能源材料技术创新与协同发展中心主办，暨南大学承办。弗尔德（上海）仪器设备有限公司携旗下研磨筛分品牌德国Retsch（莱驰）、多功能粒度粒形分析仪品牌德国Retsch Technology（莱驰科技）、热处理技术品牌CarboliteGero（卡博莱特盖罗）、元素分析仪品牌德国Eltra（埃尔特），参加了第二届全国太阳能材料与太阳能电池学术研讨会，为太阳能电池材料的应用提供全方位的解决方案。大会主要从学术和产业化视角探讨我国太阳能光伏材料与器件，新型钙钛矿和化合物薄膜半导体材料与器件等方面科研成果与产业应用现状，探索太阳能开发与利用的研究新思路和新方法，推进太阳能研究领域人员之间的交流与合作，进一步提高我国太阳能领域科学研究与技术创新能力。 德国Retsch（莱驰）提供的行星式球磨仪PM系列和高能水冷球磨仪Emax能够实现纳米研磨，满足太阳能电池材料用户最为严苛的研磨粒径需求。此外，德国Retsch（莱驰）的筛分仪种类齐全、筛分方式多样、测量范围广泛、配套使用不同规格的分析筛，可以满足太阳能电池材料行业的粒径分级和测量的需求，筛分结果精确且具有重复性，符合DIN/EN/ISO/ASTM等国际国内标准，是全球唯一一家可提供全系列筛分仪的专业生产厂家。Retsch Technology（莱驰科技）专业从事粒度及粒形分析测试仪器的研发和制造，采用双镜头专利的动态图像分析技术，可精确分析可流动性的颗粒、粉体、胶体、悬浊液、磁性材料等样品的粒度及形态。Camsizer X2设计基于广受欢迎的Camsizer并进一步优化精细样品的测量条件（从0.6μm到8mm），不仅提高了光学解析度，更提供多样的的进样方式适用工业陶瓷行业的应用。德国Eltra（埃尔特）专业从事元素分析仪的制造研发和生产，可为陶瓷样品提供碳/氢/氧/氮/硫五种元素分析的整体解决方案。6月24日，第二届全国太阳能材料与太阳能电池学术研讨会圆满落幕，针对太阳能电池材料应用的具体解决方案与参会的专家学者们进行了深入交流。弗尔德仪器衷心地感谢各位客户的关注和支持！基于客户给予的信任和要求，弗尔德仪器定会不负众望、与日俱新，努力为太阳能电池材料客户提供一份满意的解决方案。除了仪器的展示，弗尔德仪器还在展会上介绍2018年抽奖活动，2018年7-12月，每月产生1个大奖10个幸运奖，大奖奖品价值3000元人民币。奖品有金条、进口空气净化器、高级电饭煲、食品料理机、进口道具组合、美颜相机。现在就关注“弗尔德仪器”官方微信，参加抽奖！

据美国物理学家组织网12月16日(北京时间)报道，美国国家可再生能源实验室(NREL)研制出一种新式的量子点太阳能电池，当其被太阳能光谱的高能区域发出的光子激活时，会产生外量子效率最高达114%的感光电流。发表于12月16日出版的《科学》杂志上的这一最新研究为科学家们研制出第三代太阳能电池奠定了基础。　　当光子入射到太阳能电池表面时，部分光子会激发光敏材料产生电子空穴对，形成感光电流，此时产生的电子数与入射光子数之比称为感光电流的外量子效率。迄今为止，还没有任何一种太阳能电池在太阳能光谱内光波的照射下，显示出超过100%的外量子效率。　　现在，NREL团队首次在量子点太阳能电池上实现了这一点。他们在一个叠层量子点太阳能电池上获得了114%的外量子效率。该电池由具有减反光涂层的玻璃(其包含有一薄层透明的导体)、一层纳米结构的氧化锌、一层经过处理的硒化铅量子点以及薄薄一层用作电极的金组成。　　太阳能光子产生超过100%外量子效率基于载子倍增(MEG)过程，借助这一过程，单个被吸收的高能光子能激发多个电子空穴对。NREL团队首次在量子点太阳能电池的感光电流内展示了MEG，科学家们可借此改善太阳能电池的转化效率。研究结果显示，在模拟太阳光的照射下，新量子点太阳能电池的光电转化效率高于4.5%。目前，这种太阳能电池还没有达到最优化，因此，其能源转化效率相对来说偏低。　　与传统的太阳能电池相比，量子点太阳能电池内的MEG能将电池的理论热力能转化效率提高35% 量子点太阳能电池也可使用廉价且产量高的卷对卷制程制造而成 其另外一个优势是每单位面积的制造成本很低，科学家们将其称为第三代(下一代)太阳能电池。(记者 刘霞)　　所谓第一代太阳能电池是指目前最常见的晶体硅电池，第二代是薄膜电池 第三代，则应该是具有更高转化效率的新型电池的总称。而让单个高能光子激发多个电子空穴对正是提高转化效率的途径之一。不过现有技术并不能有效分离、收集大量的电子空穴对，这也就是新电池转化效率偏低的主要原因。虽然现在看起来，让这么多自由电子白白溜走显得过于奢侈，但如此高的外量子效率还是让我们备受鼓舞——一旦突破电子空穴对收集的技术瓶颈，太阳能电池的发展将会翻开全新一页!

德国美因茨大学13日发表公报说，该校研究人员参与的太阳能薄膜电池研究项目取得重要进展，有望使太阳能薄膜电池突破目前20%光电转化率的纪录。　　目前光电转化率最高的是铜铟镓硒(CIGS)太阳能薄膜电池，可达20%，但与超过30%的理论值仍相距甚远，其主要难题是材料中的铟、镓分布和比例难以达到理想值。　　美因茨大学的研究人员与IBM公司德国美因茨分部以及生产特种玻璃的德国肖特公司等合作，借助电脑模拟程序发现铜铟镓硒材料的铟镓分离温度，即在稍低于正常室温的情况下，铟镓会完全分开且分布不均匀，从而导致材料的光电作用减弱。而超过这个温度后，铟镓会相互融合，且温度越高其分布得就越均匀。这表明太阳能薄膜电池生产过程需要较高的温度，只要最后的制冷步骤足够快就能使这种均匀性“定格”。　　以往生产工艺受生产必需的玻璃底板的耐热性限制，无法提高温度。为此肖特公司研发了一种能够耐受超过600摄氏度的特殊玻璃材料。研究人员说，此项成果是一个重大突破。　　这一成果发表在美国《物理评论快报》上。

近年来，钙钛矿/硅叠层太阳能电池技术飞速发展，其效率已从13.7%发展到如今的33.2%，这得益于其更宽的太阳光谱吸收范围和更高的开路电压输出值。因此，钙钛矿/硅叠层太阳能电池被认为是最有希望从根本上提高光电转换效率并大幅降低太阳能发电成本的新型光伏技术。 　　然而，钙钛矿/硅叠层电池的不稳定性，特别是钙钛矿顶电池的不稳定性，仍然是限制其实际应用的主要障碍之一，通常与钙钛矿薄膜内部的残余应力密切相关。钙钛矿薄膜内部残余应力的存在会显著降低钙钛矿相变、缺陷形成和离子迁移的能垒，并最终加速钙钛矿的降解。因此，如何有效释放钙钛矿薄膜内部的残余应力并获得高效稳定的叠层器件成为关键。 　　近期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所所属新能源所硅基太阳能及宽禁带半导体团队在叶继春研究员的带领下，在前期晶体硅和钙钛矿太阳电池研究的基础上(Adv. Sci. 2021, 8, 2003245 J. Mater. Chem. A 2021, 9, 12009 Energy Environ. Sci. 2021, 14, 6406 Adv. Funct. Mater. 2021, 32, 2110698 Nano Energy 2022, 100, 107529 Joule 2022, 6 , 2644 ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 52223 Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2203006 J. Mater. Chem. A, 2023,11, 6556 Nat. Commun. 2023, 14, 2166)，在高效钙钛矿/硅叠层电池领域取得了新的进展。 　　该团队提出一种基于表面重构的钙钛矿/硅叠层太阳能电池，认证效率达到29.3%(稳态效率29.0%)，是目前报道的基于遂穿氧钝化接触(TOPCon)电池的最高效率之一。 　　在该工作中，研究人员将正丁基碘化胺(BAI)溶于二甲基甲酰胺(DMF)和异丙醇(IPA)的混合溶剂中，并用于表面后处理。这种方法不仅可以实现BA离子在钙钛矿表面全面的A位替换，还能促进BA离子向钙钛矿薄膜内部的深扩散。在不影响薄膜质量的前提下，实现了钙钛矿薄膜表面和内部残余应力的同时释放。经过应力释放的薄膜表现出更少的缺陷态、更弱的离子迁移和更好的能级排列等优点，制得的单结电池和叠层电池分别获得21.8%和29.3%的效率，并展现出良好的热、湿、光照和运行稳定性。该工作促进了高效稳定的钙钛矿基太阳电池应变工程发展，并为未来的应用和部署提供了参考。 　　相关成果以“Surface Reconstruction for Efficient and Stable Monolithic Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells with Greatly Suppressed Residual Strain”为题发表于Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.202211962)上。2020级直博生李鑫为第一作者，应智琴博士后、杨熹副研究员和叶继春研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(Grant No. 62204245)和浙江省重点研发计划(Grant No. 2022C01215)等项目的支持。基于钙钛矿表面重构的两端口钙钛矿/硅叠层太阳电池

什么是钙钛矿电池（PSC）？钙钛矿太阳能电池是一种类型的太阳能电池，是目前发展最快的太阳能技术。钙钛矿材料，如甲基铵卤化铅和全无机卤化铯，生产便宜且易于制造。使用这些材料的设备的太阳能电池效率从2009年的3.8％提高到2020年的25.5％。PSC具有实现更高效率和极低生产成本的潜力，现已成为商业上的吸引力。图1 钙钛矿太阳能电池的构造与运行机理示意图钙钛矿电池中的电子传输层（ETL）PSC 的效率和稳定性很大程度上取决于器件中选择作为电子传输层的材料的形态和类型。目前为止，PSC的电子传输材料主要有TiO2、ZnO等金属氧化物以及富勒烯等有机电子传输材料。ZnO是一种常用于钙钛矿太阳能电池中的电子传输材料。ZnO的优点是无需高温烧结，易于制备成大面积薄膜。应用于器件中的ZnO形貌结构主要有致密平面和纳米棒两种。利用扫描电镜观察ETL的纳米级别的样品形貌，成像清晰且具有立体感，通过调节放大倍数可以直观的观察样品的形貌、成膜质量、有无孔隙等。Thermo Scientific Apreo 2 SEM具有多功能性和高质量成像性能，采用了创新性的末级透镜设计，引入静电式末级透镜，支持镜筒内高分辨率检测。全新Apreo 2 SEM在原有性能基础之上，新一步优化了超高分辨成像能力，并且增设许多新功能提升其易用性。SmartAlign（智能对中）技术，不再需要用户手动进行调整操作，Flash自动执行精细调节工作，只需移动鼠标几次，就可以完成必要的透镜居中、消像散和聚焦矫正。图2 Thermo Scientific Apreo 2 SEM图3为用赛默飞场发射扫描电子显微镜Apreo 2S 在optiplan模式下拍摄的ZnO薄膜，由图（a）、（b）可见，制备出的膜层均匀致密、无孔隙。但（b）较（a）图片相比，噪点更少、分辨率更高。这是因为（b）较（a）参数上增加使用了样品台减速模式，使用减速模式后，电子束依然保持高电压，在试样台上加载一个负电位，电子在出极靴后受到负电位的作用而不断减速，最终以低能状态着落在样品表面。这样既保持了高电压的分辨率，又因为低着落电压而有很高的表面灵敏度。电子传输层的结构对钙钛矿薄膜质量和光学性能影响很大，从而影响钙钛矿太阳能电池的性能。由此可见，高质量的扫描电子显微镜是钙钛矿太阳能电池研发中检测、评估必不可少的设备。参考文献：[1]邓天郭, 高 云, 等.钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层及电子传输材料的制备研究.[2]钟敏等. 不同结构ZnO电子传输层对钙钛矿太阳能电池的影响.

日本理化研究所日前发布的新闻公报说，其科研人员研制出一种高分子膜，在光线照射下，这种材料的分子相对位置会发生变化。这一成果有望应用于仿生医学和太阳能电池开发。　　公报说，研究人员选择能在光线照射下改变自身结构的偶氮苯分子，让它们与一种分子主链周围垂直密布许多侧链的刷子状高分子“聚合物刷”相结合，制成光应答单元。此后，再让这种“单元”夹在两层聚四氟乙烯薄膜之间，给薄膜施加类似熨斗的热和压力，形成具有立体层次结构的聚合物刷薄膜。　　研究人员借助同步辐射加速器SPring-8的X射线详细分析这种聚合物刷薄膜。他们观测到聚合物刷以垂直于薄膜表面的形态有规则地分布，由于这种材料分子的排列结构具有特异性，当材料中的偶氮苯分子在光线照射下改变结构时，这种分子的极细微活动会朝一个方向集中，最终使整个薄膜发生肉眼可见的弯曲。也就是说，这种高分子材料能把光能转化成用于运动的能量。　　公报说，这种新材料可用作人造肌肉材料，生产这种新材料的分子取向控制技术可应用于有机薄膜太阳能电池等产品研发。据悉，有关这项成果的报告已在美国《科学》杂志上发表。

p style="line-height: 1.5em " 近日，中科院大连物化所薄膜硅太阳电池研究组(DNL1606)刘生忠研究员和陕西师范大学杨栋研究员、冯江山博士等在柔性钙钛矿太阳能电池研究方面取得新进展。相关结果发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。/pp style="text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/13912dd6-243e-49a5-a1d3-5c5f9726bf07.jpg" title="W020180720292898136578.jpg"//pp style="line-height: 1.5em "　　柔性太阳能电池由于具有质量轻、便携带、易于运输、安装简单等优点备受关注。高性能柔性钙钛矿太阳能电池的关键部分是低温界面层和高质量钙钛矿吸光层。该团队前期通过开发低温界面层，在柔性钙钛矿电池中取得了一系列成果：2015年，利用室温磁控溅射法沉积氧化钛界面层，制备的柔性钙钛矿电池效率达到15.07%(Energy Environ. Sci.) 2016年，首次将离子液体作为界面层应用到柔性钙钛矿电池中，将柔性钙钛矿电池效率进一步提升到16.09%(Adv. Mater.)。/pp style="line-height: 1.5em "　　最近，该团队运用二甲硫醚作为添加剂，通过控制钙钛矿吸光层的结晶过程，得到晶粒尺寸较大、结晶性较好、以及缺陷态密度较低的钙钛矿薄膜，将柔性钙钛矿太阳能电池的效率提高到18.40%，同时将大面积(1.2cm2)柔性钙钛矿太阳能电池的效率提升到13.35%。另外，利用添加剂制备的钙钛矿吸光层稳定性得到显著增加，在35%的湿度下放置60天，电池的效率仍能保持86%的原有效率，而无添加剂制备的钙钛矿太阳能电池效率相同条件下仅可保持原有效率的50%。此项研究成果是目前柔性钙钛矿电池的最高效率，为柔性钙钛矿太阳能电池的发展奠定了实验和理论基础。/pp style="line-height: 1.5em "　　该研究工作得到国家重点研究与发展计划、中央高校基础研究基金、国家自然科学基金项目、111项目、国家大学科研基金、长江学者创新团队、国家“千人计划”项目的资助。(文/图 杨栋、段连杰)/ppbr//p

p style="text-indent: 2em text-align: justify "近年来，钙钛矿太阳能电池因其高的转换效率、简单的制备工艺和低廉的制造成本受到了全球学术界和产业界的广泛关注，发展迅速。钙钛矿太阳能电池实际应用的重要瓶颈和关键问题在于如何实现低成本、大面积、高效率器件及解决稳定性的难题。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "在中国科学院战略性先导科技专项和国家自然科学基金委的支持下，中科院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室研究员胡劲松课题组科研人员在这一领域开展了相关研究，并于近期与相关合作者一起取得了系列新进展。他们开发了一种风刀涂布方法，实现了大面积钙钛矿薄膜、电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL）的高质量涂布，在全程不需旋涂和反溶剂的情况下，获得了转换效率（PCE）可达20%以上的电池器件（图1），为高效率钙钛矿光伏器件的低成本规模化制备提供了一种思路。相关工作发表于Joule (DOI:10.1016/j.joule.2018.10.025)上。在HTL方面，开发了新型低成本、易制备的二维共轭有机小分子空穴传输材料OMe-TATPyr代替spiro-OMeTAD，实现了平均20%的PCE（Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10959）。在ETL方面，研究人员发现在无ETL时透明电极与钙钛矿薄膜间的费米能级差距减小，接触界面能带弯曲减弱，因此对光生电子的抽取及光生空穴的排斥作用同时减弱，使得电子在界面的转移效率急剧下降，导致载流子复合严重，器件PCE降低。这一新的理解提高了对钙钛矿光伏器件结构与异质结界面的认识，阐释了无ETL器件PCE低的原因。据此，他们提出通过延长载流子寿命来解决无ETL钙钛矿光伏器件转换效率低的新方案。发现当载流子寿命接近微秒时，无ETL器件的PCE可以接近传统p-i-n结构器件，并且获得了PCE为19.52%的无ETL钙钛矿光伏器件（图2）。这些结果有助于解决钙钛矿器件对传统器件结构的依赖问题，也为钙钛矿光伏技术的低成本规模化制备提供了多样化的选择。相关工作发表于Chem上（Chem, 2018, 4, 2405-2417）。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "　　钙钛矿电池的稳定性是其应用的瓶颈和关键。研究人员在钙钛矿层与HTL间引入高迁移率疏水共轭高分子界面层，一方面改善空穴的提取效率，另一方面可以有效阻隔湿气与传输层中添加剂对钙钛矿层的侵蚀，从而显著提高了钙钛矿太阳能电池的空气稳定性和光电转换效率（Solar RRL, DOI: 10.1002/solr.201800232，inside cover；Nano Res., 2018, 11,185-194）。相比于有机无机复合钙钛矿材料，纯无机钙钛矿材料表现出更优异的热稳定性。其中，立方相CsPbI3具有合适的带隙而备受关注，但其立方相室温下是热力学不稳定相，因此理解立方相CsPbI3在合成与器件制备过程中的相不稳定性机制，进而制备室温下相稳定的光伏相CsPbI3，对于其在光伏和光电领域中的应用具有重要意义。研究人员近期首次从原子尺度上观测到了极性溶剂会诱导立方相CsPbI3纳米晶晶格发生畸变，进而相变失稳，从实验和原理上解释了极性溶剂对立方相CsPbI3纳米晶稳定性的影响，揭示了极性溶剂诱导立方相CsPbI3纳米立方体相变的机制及其多级次自组装成单晶纳米线和微米线的机制（图3）。这一研究结果对理解立方相CsPbI3相不稳定机制提供了新的认识，并为立方相CsPbI3的制备及保存使用过程中的溶剂选择提供了指导。相关工作发表于J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 11705–11715，并入选当期封面。/pp style="text-indent: 2em text-align: justify "在此基础上，研究人员发展了一种方法，通过高介电常数质子性溶剂控制CsPbI3钙钛矿前驱体结晶时的表面能，在不引入有机配体或进行金属/卤素掺杂的情况下，利用一步溶液沉积和低温退火工艺，获得了在室温下稳定的新光伏相-正交相g-CsPbI3薄膜。通过XRD精修确定了其晶胞参数，研究了薄膜的形成机制和能带结构，并构建了基于g-CsPbI3薄膜的平面异质结太阳能电池，获得了11.3%的PCE（图4），这是目前为止报道的全无机纯CsPbI3钙钛矿太阳能电池的最高效率。由于所得g-CsPbI3薄膜在室温下的热力学稳定性，电池表现出显著改善的长达数月的空气稳定性。该研究首次报道了室温下热力学稳定的新型正交光伏相g-CsPbI3薄膜及其高效率电池器件，为解决全无机CsPbI3钙钛矿光伏相室温下结构不稳定问题提供了全新的视角和思路。紧接上述极性溶剂对立方相CsPbI3纳米晶稳定性影响的工作，相关研究结果以全文形式发表于J. Am. Chem. Soc., 2018, 140, 11716–11725。/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/f0d4fd56-3c93-4498-8a6b-2116edd0aad2.jpg" title="1.png" alt="1.png"//pp style="text-indent: 2em text-align: left "图1. 全程风刀涂布制备高效率钙钛矿太阳能电池/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/ffccfd44-cbfd-433a-8ac8-ba29e66f6683.jpg" title="2.png" alt="2.png"//pp style="text-indent: 2em text-align: left "图2. 高效率无电子传输层钙钛矿太阳能电池/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/94a0fedd-8d1f-40c2-9b2f-95eea8b72344.jpg" title="3.png" alt="3.png"//pp style="text-indent: 2em text-align: left "图3. 极性溶剂诱导立方相CsPbI3纳米晶的晶格畸变及其多级次自组装/pp style="text-align:center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201812/uepic/ae415cdf-6e56-4dc1-832d-ba11459b3873.jpg" title="4.png" alt="4.png"//pp style="text-indent: 2em text-align: left "图4. 室温热力学稳定的正交光伏相g-CsPbI3薄膜及全无机钙钛矿太阳能电池/p

【重点摘要】美国国家可再生能源实验室（NREL）由朱凯领导的研究团队发表了这篇研究论文。1. 关联钙钛矿太阳能电池的室内测试和室外老化2. 目的是预测真实世界的可靠性以指导开发3. 光照和高温下的降解是具信息性的4. 层间界面对稳定性至关重要5. 修改界面层可提高稳定性8倍，在85°C下超过1000小时6. 达到8200小时的预计寿命在50°C7. 是报告过的高效率钙钛矿太阳能电池中相当稳定的之一8. 将实验室测试与实际寿命连接起来以评估稳定性【研究背景】钙钛矿太阳能电池是有前途的薄膜光伏技术，但真实世界的稳定性很难理解。将加速的室内测试与户外老化关联对于指导钙钛矿太阳能电池的开发和预测寿命至关重要。【研究成果】1. 光照和高温下的降解对户外可靠性的预测具预示性。2. 修改自组装分子（SAM）的顶层电子传输层（HTL）可提高稳定性8倍，在85°C下超过1000小时。3. 达到8200小时的预计寿命在50°C下。4. 是报告过的高效率钙钛矿太阳能电池中稳定性好之一。【研究方法】1. 测试了高效率的p-i-n型钙钛矿太阳能电池堆叠结构。2. 在光照、高温和湿度下进行了室内加速测试。3. 进行了为期6个月的户外老化测试。4. 分析了在不同应力因素下的降解情况。5. 确定了ITO/SAM HTL/钙钛矿的界面是关键。6. 修改了SAM HTL以改善离子阻挡。【结论】本研究显示了加速室内测试和钙钛矿太阳能电池室外老化之间的强烈相关性。**该框架将实验室和战野的寿命相关联，从室内实验中获得了对真实世界稳定性的见解。通过改变界面层以阻止离子迁移，改善了稳定性。**这使得能更好地通过将室内测试和室外寿命相连接来评估高效率钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。这个可靠性框架可以指导进一步的开发和商业化。未封装的p-i-n钙钛矿太阳能电池在不同温度下的平均操作稳定性。 b. 来自不同温度下T80值的每小时降解速率一个典型的p-i-n钙钛矿太阳能电池的J-V曲线及相应的SPO效能

style type="text/css".TRS_Editor P{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor DIV{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TD{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor TH{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor SPAN{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor FONT{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor UL{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor LI{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }.TRS_Editor A{margin-top:0px margin-bottom:12px line-height:1.8 font-family:宋体 font-size:10.5pt }/stylep　　柔性可穿戴电子是未来电子元器件发展的热点方向，电源是其重要的组成部分。电源的选择和设计影响未来可穿戴电子的设计与功能。目前，电源对可穿戴电子的户外使用性、大面积贴合性和安全性有较大限制。/pp　　近年来，金属有机杂化钙钛矿太阳能电池以其优越的光电转换性能而受到广泛关注。基于钙钛矿材料平面结构器件的光电转换效率在短短几年时间取得重要突破，最高效率为22.1%。卓越的光电性能为其应用在可穿戴电子设备提供了可能。但柔性钙钛矿太阳能电池尚未能切实应用于可穿戴电子设备中，限制这一发展是因为当前柔性器件仍存在大面积重现性差和弯折性能衰减的问题。/pp　　在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下，中科院化学研究所绿色印刷院重点实验室研究员宋延林课题组，在印刷制备钙钛矿晶体及电池器件方面开展了深入系统的研究。他们在喷墨打印制备钙钛矿电池器件取得突破，实现了相比传统工艺更环保的印刷制备方法。在喷墨打印钙钛矿单晶材料上取得进展，实现了印刷制备三基色钙钛矿发光单晶材料。/pp　　在上述研究的基础上，研究人员发现柔性钙钛矿器件中的界面层对钙钛矿层的生长和稳定性具有较大影响。研究通过纳米组装-印刷方式制备的蜂巢状纳米支架可作为力学缓冲层和光学谐振腔，从而大幅提高柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和力学稳定性。研究表明，蜂巢状纳米结构可以有效释放器件弯折时产生的应力，并作为支架诱导钙钛矿薄膜结晶。同时，该结构作为光学谐振腔可对整个器件进行光富集调控，从而提高器件的光吸收效率。引入蜂巢状纳米支架后，所制备的柔性钙钛矿太阳能电池光电转换效率达12.32%。进一步研究发现，该电池具备优异的耐弯折性，可应用于柔性太阳能电池组件。该太阳能电池组件光电转换效率高、性能稳定，可广泛应用于各类可穿戴器件。研究为研发新一代可穿戴电子设备提供了新的思路和方法，研究成果发表在emAdvanced?Materials/em杂志上。/pp style="text-align:center "img alt="" oldsrc="W020171214357503192649.png" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201712/uepic/7b617793-0bf5-4670-80bf-a5b2a8056d91.jpg" uploadpic="W020171214357503192649.png"//pp style="text-align: center "蜂巢纳米支架的制备及可穿戴太阳能电源应用/p

量子点是大约2到10纳米大小的半导体纳米晶体。由于其可调的光电特性，它们被广泛应用于LED、单电子晶体管、医疗成像和太阳能电池等领域。当用于太阳能电池时，光在量子点中产生一个电子-空穴对，可以通过施加电化学能将其分离。电子和空穴的流动产生了电流。 硫化铅（PbS）量子点具有高效、低成本和高空气稳定性等优点，是一种很有前景的光伏材料。不同的量子点合成方法可以产生不同的晶体面，从而导致不同的配体结合特性，反过来影响所谓的“陷阱态“的出现。这些陷阱态限制了太阳能电池的性能，而使陷阱态钝化是提高这些器件功率转换效率的重要策略。 华中科技大学、慕尼黑工业大学、南方科技大学以及深圳大学合作发表的一篇论文表明，可以通过控制量子点的合成来控制Pbs量子点结晶面的形成【1】。在热力学控制下，它们主要形成了带有{100}和{111}晶面的截断八面体（见下图c），而在动力学生长机制下，生成普通的八面体（见下图d），且只显示{111}晶面。 掠入射小角X射线散射（GISAXS）是研究这些量子点形状差异的有效方法，因为它对材料的堆积方式非常敏感。量子点在旋涂层薄膜中的排列是由粒子的形状决定的，因此也决定了粒子的端点。八面体则以体心立方/四方（BCC/BCT）布局堆叠，而截断的八面体以面心立方（FCC）的方式堆积成球体。从这些超点阵模型（用白点表示）计算出的布拉格峰与GISAXS结果（上图a和b）相吻合。此外，GISAXS结果可以计算晶格常数。 其他几个关于GISAXS和掠入射广角X射线散射（GIWAXS）用于研究量子点的有趣案例可以在下面引用的最近的一篇论文中找到【2】。GISAXS是一种对表面敏感的技术，可以提供纳米尺度(（1 - 200 nm）的纳米结构薄膜的结构信息，由于X射线光束覆盖区域面积大，这些信息具有统计相关性。通过改变X射线散射仪的测量配置，可以在GIWAXS测量模式下研究较短长度（0.1 - 1 nm）下的样品参数。在论文中，作者介绍了测量不同超晶格结构的例子。表明GISAXS/GIWAXS是了解量子点自组装和结构的一种有价值的技术。 参考文献：[1] The research was originally published in the following articles:Yong Xia, Wei Chen, Peng Zhang, Sisi Liu, Kang Wang, Xiaokun Yang, Haodong Tang, Linyuan Lian, Jungang He, Xinxing Liu, Guijie Liang, Manlin Tan, Liang Gao, Huan Liu, Haisheng Song, Daoli Zhang, Jianbo Gao, Kai Wang, Xinzheng Lan, Xiuwen Zhang, Peter Müller-Buschbaum, Jiang Tang, and Jianbing Zhang,Facet Control for Trap-State Suppression in Colloidal Quantum Dot Solids. Adv Funct Mat, 30 (2020)[2] Saxena, V. & Portale, G. Contribution of Ex-Situ and In-Situ X-ray Grazing Incidence Scattering Techniques to the Understanding of Quantum Dot Self-Assembly: A Review. Nanomaterials 10, 2240 (2020).

加州大学洛杉矶分校（UCLA）的杨扬教授领导的研究团队在太阳能领域取得了重大进展。他们专注于开发高效光伏材料甲酰胺铅碘（FAPbI3）钙钛矿太阳能电池，研究结果於2023年6月21日被发表在《NATURE》。尽管在室温下结晶过程中存在不希望出现的黄色相，但该团队开发出一种定向成核机制来避免这些相并提高装置性能。他们的创新方法使得装置达到了25.4%的功率转换效率（认证为25.0%）。更令人惊艳的是，该模组在27.83平方公分的面积上，达到了21.4%的认证开路效率。该研究使用Enlitech的QE-R量子效率测量系统和SS-X系列太阳光模拟器进行的效率量测。这些精准且快速的量测设备工具在研究团队的成功中起到了关键作用，提供了整个研究过程中准确且可靠的数据。该研究还包括对钙钛矿薄膜结晶过程以及其光学性质的详细研究。该团队使用了各种方法来监测和分析这些过程，从而对材料的行为有了全面的理解。

钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为新兴的薄膜光伏器件，通过最近10年的发展，光电转换效率从3.8%提升到了25.7%，展现出巨大的商业化应用前景。然而高效的n-i-p结构电池批次重复性和稳定性较差，成为钙钛矿电池产业化应用的关键限制。而目前研究人员对导致器件重复性和稳定性较差的原因理解还不够充分。 　　中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所马昌期团队系统地研究了n-i-p结构PSCs在空气氧化过程中的离子迁移行为。结果表明，Spiro-OMeTAD薄膜的氧化是通过非接触电化学方式进行的，其中，空气中的氧气和水分子作为氧化剂将Spiro-OMeTAD氧化，进而提高了Spiro-OMeTAD薄膜的导电性能。更为重要的是，这一氧化过程促使Spiro-OMeTAD层内的Li+向电池内部迁移并在SnO2/Perovskite界面富集。Li+离子的迁移与富集促进了Spiro-OMeTAD氧化并降低SnO2的LUMO能级，提高了器件内部的内建电场，并同时改善了钙钛矿/Spiro-OMeTAD以及钙钛矿/SnO2界面处的空穴和电子提取效率，进而提升了器件的效率(图1)。该工作为n-i-p型钙钛矿太阳能电池中Spiro-OMeTAD的氧化提供了完整的机理解释。相关成果以Synergetic Effects of Electrochemical Oxidation of Spiro-OMeTAD and Li+ Ions Migration in Improving the Performance of n-i-p Type Perovskite Solar Cells为题发表于Journal of Materials Chemistry A。 图1 n-i-p结构钙钛矿太阳能电池中Spiro-OMeTAD的电化学氧化过程中的Li+离子迁移机制 　　研究团队在后续研究n-i-p型钙钛矿太阳能电池工作稳定性过程中发现，钙钛矿电池在运行过程中会出现器件的突然失效(Catastrophic Failure)。通过光致发光(PL)成像分析确定短路位置发生在金属Ag电极的边缘。进一步通过SEM和TOF-SIMS分析证明了Ag+离子在器件边缘发生迁移扩散，而器件内部的电极以及钙钛矿薄膜却没有发生明显的变化。研究人员利用SEM表征了沉积在Spiro-OMeTAD上的Ag薄膜的形貌，结果表明由于Ag与Spiro-OMeTAD的不浸润性，边缘的Ag颗粒团簇尺寸比中心部分的尺寸更小、更疏松。基于此，研究团队推断器件突然短路失效的机制为：光照下钙钛矿薄膜分解并形成多碘化合物发生扩散并与电极边缘松散的Ag簇并发生反应而导致Ag电极被腐蚀，腐蚀产生的Ag+离子穿过Spiro-OMeTAD而向钙钛矿中迁移，最终在Ag电极和钙钛矿之间形成丝状电导，导致器件短路。基于此，研究团队在Spiro-OMeTAD上沉积一层MoO3薄膜，改善沉积Ag电极过程中Ag的生长，获得了边缘更加致密的Ag电极。此外，由于MoO3薄膜的引入使得Spiro-OMeTAD和Ag电极之间的空穴提取效率更高，避免了空穴在该界面的积累，进而有利于稳定性的提升，实现器件运行600h以上而不发生前述的突变失效(图2)，有效提升器件的稳定性能。相关成果以Revealing the Mechanism behind the Catastrophic Failure of n‐i‐p Type Perovskite Solar Cells under Operating Conditions and How to Suppress It为题发表于Advanced Functional Materials。 图2 钙钛矿电池运行过程中Ag+离子迁移引起的“突变失效”及MoO3的引入提高运行稳定性机制 　　虽然该结构电池的运行稳定性得到提升，但是该类光伏电池运行过程中初始几十个小时内往往存在效率的快速衰减过程(burn-in衰减)，严重降低了器件的稳定输出效率。针对该问题，研究团队通过器件结构设计及稳定性测试过程中器件内部离子分布、界面复合变化，证实该结构电池中的“burn-in”衰减与SnO2中Li+迁移至钙钛矿/空穴传输层界面有关。通过在SnO2/Perovskite界面引入一个薄层交联PC61BM(CL-PCBM)后可以抑制“burn-in”衰减。TOF-SIMS的结果证明了CL-PBM薄层可以将Li+离子固定在Perovskite/SnO2界面中，而且CL-PCBM的引入可以增加器件的内建电场并提高电子提取效率；最终在Cs0.05(FA0.85MA0.15)0.95Pb(I0.85Br0.15)3体系钙钛矿电池中获得了22.06%的效率，在光照下持续运行1000h后仍保留初始效率的95%，而参比电池仅保留75%；在FAPbI3体系钙钛矿电池中时，获得了24.14%的光电转换效率，同时也消除了“burn-in”衰减过程。这表明利用CL-PCBM界面修饰来消除“burn-in”衰减具有普适性。综上，通过降低器件工作过程中的Li+迁移可以大幅降低钙钛矿太阳能电池稳定性测试初期存在的“burn-in”衰减，提高器件的稳定输出功率(图3)。相关成果以Boosting Perovskite Solar Cells Efficiency and Stability: Interfacial Passivation of Crosslinked Fullerene Eliminates the "burn-in" Decay为题发表于Advanced Materials。图3 CL-PCBM界面修饰抑制Li+离子迁移提高器件效率并消除器件的“burn-in”衰减

【科学背景】全钙钛矿叠层太阳能电池是下一代光伏技术中的重要发展方向，因其光电转换效率（PCE）的迅速提升和有望超过单结太阳能电池的详细平衡极限而成为了研究热点。然而，当前全钙钛矿叠层电池中，特别是在混合锡-铅（Sn-Pb）低带隙层内，非辐射复合及其随时间逐步恶化的问题严重限制了其性能和稳定性。表面Sn的过量导致了成分梯度，这一梯度加剧了氧化，并显著提高了复合速率，进一步降低了器件的效率和稳定性。有鉴于此，加拿大多伦多大学/美国西北大学化学系Edward H. Sargent院士/陈斌助理教授、美国托莱多大学鄢炎发教授团队合作通过添加剂工程和后处理技术，特别是引入二胺螯合剂，提出了一种有效的表面钝化策略。该方法优先螯合锡原子，去除了薄膜表面的多余锡，平衡了Sn:Pb的化学计量比，形成了抗氧化的低维势垒层，从而减少了界面复合。通过进一步使用1,2-二氨基丙烷来改善钝化层的均匀性，最终实现了更均匀的表面钝化，使得全钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率达到了28.8%，并在模拟一太阳照明条件下保持了1000小时操作后90%的初始效率。【科学亮点】（1）本实验首次发现混合Sn–Pb钙钛矿薄膜在表面存在成分梯度，表面锡含量过多，导致氧化加剧并增加复合速率。实验中，研究人员利用二胺优先螯合锡原子，将其从薄膜表面去除，从而实现了更为平衡的Sn:Pb化学计量比。 （2）通过这一处理过程，形成了电阻性低维势垒层，有效钝化了缺陷并减少了界面复合。此外，研究人员通过使用1,2-二氨基丙烷进一步改善了势垒层的均匀性，最终实现了更均匀的分布和钝化效果。（3）实验结果表明，这一策略使得钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率达到了28.8%。封装后的叠层电池在模拟的一太阳照明下最大功率点工作1000小时后，仍保留了初始效率的90%，且无需冷却，表现出卓越的稳定性。【科学图文】图1： 混合Sn-Pb薄膜的氧化抑制。图2：混合Sn-Pb薄膜的表面钝化。 图3：混合Sn-Pb PSCs的性能和稳定性。图4：串联装置性能及稳定性。【科学启迪】本文通过深入研究混合锡铅（Sn–Pb）钙钛矿薄膜的成分梯度及其对氧化和复合速率的影响，揭示了材料表面锡过量所导致的性能与稳定性问题。研究发现，通过使用二胺分子优先螯合锡原子，能够有效调节薄膜表面的Sn:Pb比例，使其抗氧化性增强，进而钝化缺陷，减少界面复合。进一步利用1,2-二氨基丙烷来改善势垒层的均匀性，不仅提升了钝化效果，还显著提高了钙钛矿叠层太阳能电池的光电转换效率（PCE）和长期稳定性。这一发现为优化钙钛矿叠层太阳能电池的性能提供了新的策略，特别是在提高低带隙层的稳定性方面，具有重要的应用潜力。通过调控表面化学组成和钝化缺陷，本研究为实现更高效、更耐用的钙钛矿叠层太阳能电池提供了科学依据和技术路径。参考文献：Li, C., Chen, L., Jiang, F. et al. Diamine chelates for increased stability in mixed Sn–Pb and all-perovskite tandem solar cells. Nat Energy (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01613-8

Nature：突破障碍 - 何祝兵团队在甲胺掺杂的倒钙钛矿太阳能电池中达成25.86%的效率分子掺杂工艺： 研究人员引入了一种使用二甲基胺基掺杂剂的分子掺杂工艺，该工艺能够创建一个与p-钙钛矿/ITO接触良好且能够完全钝化晶界的结构。这种创新工艺提高了钙钛矿太阳能电池的功率转换效率（PCE），实现了经认证的25.39%的PCE，这是对钙钛矿太阳能电池现有标准的改进。分子挤压技术： 该工艺采用了一种独特的“分子挤压”方法，在甲苯淬灭结晶过程中将分子从前驱体溶液排出到晶界和薄膜底部。这种独特的技术导致了钙钛矿薄膜的p-掺杂，有助于提高器件的效率。长寿命和高效率： 器件在逆向扫描时实现了25.86%的效率，并表现出卓越的稳定性，即使经过1000小时的光老化，仍能保持96.6%的初始效率。这表明钙钛矿太阳能电池在性能和可靠性方面取得了显著的进步。在不断发展的光伏领域中，更有效、可持续地利用太阳能的追求是一项不懈的努力。科学家已经探索了许多途径来提高太阳能电池的效率，其中钙钛矿太阳能电池因其性能潜力和经济制造能力的结合而一直脱颖而出。今天，我们将聚焦于一支南方科技大学何祝兵团队率领杰出的研究团队所取得的重大突破，他们实现了钙钛矿太阳能电池效率的深度提高，这标志着我们共同追求更可持续和能效的未来的重要一步。这项开创性的研究提出了一种与传统方法有着根本不同的新型分子掺杂工艺，使用了一种二甲基氨基基团的掺杂剂。这种掺杂剂巧妙地用于形成和谐的p-钙钛矿/ITO接触，并精确地去除晶界缺陷，推动了钙钛矿太阳能电池功率转换效率（PCE）的大幅提升。研究团队创造出了一个惊人的世界纪录，即25.39%的认证PCE，为该行业设定了新的标准和潜力。为了达到这个非凡的成就，研究人员提出了一种被称为“分子挤压”的巧妙技术。这种创新策略迫使前体溶液中的分子在甲苯淬火晶化过程中重新分布到晶界和薄膜底部。因此，这导致了钙钛矿薄膜的p型掺杂，这是实现设备效率显著提高的关键。这种独特的工艺因此标志着一种基础性的突破，从根本上改变了可再生能源范式。然而，这项研究的胜利不仅仅局限于效率领域。该团队的冠军设备不仅在反向扫描中展示了25.86%的PCE，超越了以往的阈值，而且表现出了卓越的稳定性，在经过1000小时的光老化后仍保持了96.6%的初始效率。这项成就解决了钙钛矿太阳能电池技术中的一个主要挑战——效率和稳定性之间的平衡，并为未来旨在优化这两个重要方面的研究提供了有价值的基础。在这项开创性研究的核心是Enlitech的QE-R精密测量设备的精确利用。这种先进的设备为团队提供了准确的读数，使他们能够仔细评估他们的新方法的结果。选择Enlitech的QE-R设备，这种以精度和可靠性闻名的设备，强调了顶级资源在实现突破性成果中的重要性。此外，研究人员深入探究了p-钙钛矿/ITO界面的复杂能带对齐。通过应用紫外光电子能谱（UPS），他们阐明了促进空穴提取的带弯曲现象，这是实现高性能太阳能电池的关键过程。实验揭示了二甲基氨基基团掺杂剂以及与铅离子形成的分子复合物修改ITO基板的功函数，从而获得了有利于高效空穴提取的能带对齐。除了提高效率和稳定性外，研究团队还解决了钙钛矿太阳能电池中常见的滞后效应挑战。通过采用分子挤压技术和精确的掺杂工程，他们显著降低了滞后效应，从而使设备性能更加可靠和可重复。这一突破为实际应用和商业化钙钛矿太阳能电池提供了巨大的潜力，因为它解决了阻碍其广泛应用的主要障碍之一。此外，研究团队对电荷载流子动力学的详尽研究揭示了他们的钙钛矿太阳能电池性能异常出色的机制。通过各种分析技术，包括电荷密度差和Bader电荷分析，他们揭示了钙钛矿薄膜内电荷的重新分布，这归功于有效的分子掺杂策略。这种重新分布导致了提高空穴提取效率和提高整体设备性能的效果。总之，这项开创性的研究代表了钙钛矿太阳能电池领域的重大进展，实现了25.39%的创纪录效率和卓越的稳定性。分子掺杂工艺结合创新的分子挤压技术为实现对设备性能和稳定性的前所未有的控制铺平了道路。Enlitech的QE-R精密测量设备的利用对于准确评估制造的设备的光电性质起到了至关重要的作用。这一非凡成就将我们更接近实现钙钛矿太阳能电池的全部潜力，推动我们迈向由清洁、可再生能源驱动的未来。分离ITO表面的Pb 4f（a），I 3d （b）和P 2p （c）的XPS光谱来自ITO/DMAcPA/钙钛矿（蓝色）和ITO/钙钛矿（DMAcPA）（红色）样品两种钙钛矿薄膜埋底面XPS图 S26.Pb 4f（a）、I 3d （b）和调查（c）的XPS光谱，在底部检测到原始（红色）和DMAcPA掺杂（蓝色）钙钛矿薄膜的表面，与正文中报导了制造过程。 Pb结合能的红移在钙钛矿的埋藏底面检测到（图。S26a）也可以表示O–Pb与键削弱了主流Pb-I共价键的结合能和这里解释了Pb的红移。 S26b），它可以是归因于P-O-H–I的氢键，这已经得到了很好的讨论和通过上述H NMR信号的下场化学位移进行检查（图3A）。

近日，大连化物所太阳能研究部薄膜太阳能电池研究组(DNL1606组)杨栋研究员和刘生忠研究员团队采用电子传输层中氧空位缺陷填充的策略，制备出目前有文献报道的最高效率的柔性钙钛矿太阳能电池组件。 　　柔性钙钛矿太阳能电池由于具有质量轻，便携式，高功质比等优点被广泛关注。该团队长期致力于柔性钙钛矿太阳能电池中低温条件下制备高质量钙钛矿吸光层和电子传输层的研究。团队早期开发了可室温磁控溅射的TiO2电子传输层(Energy Environ. Sci.，2015)、可低温制备的固态离子液体电子传输材料(Adv. Mater. ，2016)，制备出高效率柔性钙钛矿太阳能电池。随后，团队通过开发二甲基硫醚添加剂延缓钙钛矿的结晶过程，提升钙钛矿吸光层的质量，再次提升了柔性钙钛矿太阳能电池的效率(Adv. Mater.，2018)。本工作中，团队利用紫外光照射产生的氧和羟基自由基处理SnO2电子传输层，降低了SnO2薄膜中的氧空位缺陷。研究发现，由于给电子羟基的引入使得SnO2的能级向上移动，有利于钙钛矿中电子的导出；羟基可以在SnO2和钙钛矿之间形成氢键，改善界面接触，提供电荷传输的通道；处理后SnO2表面的浸润性得到有效改善，更利于制备大面积均匀的钙钛矿薄膜。最终，团队制备出面积为36.50cm2的柔性钙钛矿电池组件，效率达到18.71%，这是目前有文献报道的柔性钙钛矿组件的最高效率。同时，柔性钙钛矿组件表现出良好得机械性能，器件在弯曲1000次后，仍可保持83%的原有效率。该工作提出了一种简单有效的界面处理方式，为促进高性能柔性钙钛矿电池组件的发展提供了有效途径。 　　上述工作以“Highest-Efficiency Flexible Perovskite Solar Module by Interface Engineering for Efficient Charge-Transfer”为题，于近日发表在《先进材料》(Advanced Materials)上。该工作得到国家自然科学基金等项目的资助。

顶尖团队的选择在2023年7月10日出版的《纳米-微米快报》期刊上，北京理工大学材料科学与工程学院的研究人员在陈棋教授和陈煜教授的带领下，发表了一项有关提高钙钛矿太阳能电池稳定性的研究。该研究集中于通过改进空穴传输层的胶凝性能来提高太阳能电池的性能和寿命。这项研究提出了一种新的方法，通过使用对苯二甲酸（TA）修饰spiro-OMeTAD空穴传输层（HTL），形成凝胶状结构，从而提高钙钛矿太阳能电池（PSCs）的性能和稳定性。将TA添加到spiro-OMeTAD中会形成一种黄色透明的凝胶状聚合物网络，称为poly(TA)。HTL的凝胶化有效地提高了所得HTL的紧密性，并防止水分和氧气的渗透。此外，TA能够使钙钛矿缺陷被钝化，并促进从钙钛矿层到HTL的电荷传输。研究团队制备的基于凝胶化HTL的优化PSCs表现出PCE (22.52%)的高的转换效率和良好的器件稳定性。凝胶化的HTL还可以防止LiTFSI盐的聚集，并在潮湿条件下保持高导电性。研究团队开发的凝胶化HTL的PSCs，在25°C下连续照射1000小时后仍保持其初始PCE的85%，在25°C环境空气中连续照射2500小时后保持其初始PCE的92%。凝胶化HTL策略也应用于PTAA，并观察到类似的湿度稳定性改进。这些研究团队获得的发现为改进基于spiro-OMeTAD的HTL以实现高效稳定的PSCs提供了简单且有前景的策略。空穴传输层（HTL）。HTL是一种薄膜，有助于从钙钛矿层中提取正电荷（空穴）到电极。常用的HTL材料是spiro-OMeTAD，它具有良好的空穴迁移率和与钙钛矿材料的兼容性。然而，spiro-OMeTAD也存在一些缺点，如其原始状态下的导电性差和对湿度的敏感性。为了克服这些问题，通常会在spiro-OMeTAD中掺杂锂盐，例如LiTFSI，以提高其导电性并降低其能级。然而，掺杂锂盐也会引入新的问题，如由于LiTFSI的吸湿性导致HTL和钙钛矿层的降解，以及由于Li+离子的迁移导致J-V滞后现象的形成。因此，研究团队一直在探索各种改善HTL性能和稳定性的策略，例如开发新的HTL材料，使用替代掺杂剂，以及优化掺杂方法。在本文中，研究团队将回顾该领域最近的一些进展，并讨论其优点和局限性。材料：本文中的实验采用商业获得并按原样使用的材料，例如碘化铯（CsI，99.9％，Sigma-Aldrich）、碘化铅（PbI2，Xi’an Polymer Light Technology）、氯化甲基铵（MACl，Xi’an Polymer Light Technology）以及用于电荷传输层的材料（SnO2（15 wt％胶体分散液，Alfa）、2,2′,7,7′-四[N,N-二-4-甲氧基苯基]胺基]-9,9′-二苯并螺[5,5′-二(苯并)二噁咯]（spiro-OMeTAD，Xi’an Polymer Light Technology）、三氟甲磺酰亚胺锂盐（LiTFSI，99.95％，Sigma-Aldrich）、硫辛酸（TA，99％，Sigma-Aldrich））。使用的溶剂包括氯苯（CB，Sigma-Aldrich，99.9％）、N,N-二甲基甲酰胺（DMF，99.99％，Sigma-Aldrich）、二甲基亚砜（DMSO，99.5％，Sigma-Aldrich）、异丙醇（99.99％，Sigma-Aldrich）、乙腈（ACN，99.95％，Sigma-Aldrich）和tBP（99.9％，Sigma-Aldrich）。此外，氟甲酸铵（FAI，Dyesol）在购买后进行了进一步纯化。器件制备：研究团队将ITO基底用超纯水、丙酮和乙醇在超声系统中清洗30分钟。然后，用N2气干燥并经过UV-O3处理30分钟，以提高其润湿性。在基底上以4000 rpm的速度旋涂一层致密的SnO2层，并在150°C下热处理30分钟。在沉积钙钛矿薄膜之前，基底暴露于紫外光10分钟。对于PbI2前体，研究团队将PbI2和CsI溶解在DMF:DMSO的混合溶剂中，并在70°C下搅拌5小时。有机阳离子前体通过将FAI和MACl溶解在异丙醇中制备。两个溶液均经过0.22 μm的PTFE过滤器过滤。采用两步法制备钙钛矿薄膜：首先旋涂PbI2前体，然后是有机阳离子前体。在150°C下热处理10分钟后，旋涂空穴传输层（HTL）在钙钛矿薄膜上。使用了两种类型的HTL前体。对于参考HTL，使用了CB中的spiro-OMeTAD、TBP和LiTFSI的溶液。对于目标HTL，将TA加入到参考HTL溶液中。经过过夜氧化后，沉积了100 nm厚的Au膜作为背接触。使用金属阴影掩模定义了器件面积为0.0805 cm2。表征：研究团队使用Anton Paar仪器（Physica MCR 301，德国）进行了poly(TA)的流变学测量，采用平行板几何形状。应变扫描测量在25°C下进行，角应变范围为0.1至2500％，频率为0.5 Hz。温度扫描测量在25至100°C之间进行，应变为1％，频率为0.5 Hz。傅里叶变换红外光谱（FTIR）采用Magna-IR 750（Nicolet，美国）进行。采用Bruker AVANCE III 300 MHz NMR Spectrometer获得1H NMR光谱。使用Al Kα辐射采集了XPS数据的Axis Ultra XPS光谱仪（Kratos，英国）。使用Hitachi Regulus 8230进行了SEM成像。使用带有PRUM-TNIR-D-10探头的Bruker Dimension Icon IR进行了纳米FTIR实验。ToF–SIMS测量采用PHI NanoTOF II仪器（ULVAC-PHI，Inc.）与30 keV Bi+脉冲主离子束。使用UV–vis漫反射光谱仪（UV–vis DRS，日本Hitachi UH4150）获取了UV–vis吸收光谱。使用具有470 nm脉冲激光和基于galvo的扫描仪的激光扫描共焦显微镜（Enlitech，SPCM-1000）用于2D PL映射。使用带有Cu Kα辐射的Bruker D8 Advanced获得XRD数据。使用FLS1000（Edinburgh Instruments Ltd）和450 W的Xe灯进行了稳态PL和TRPL测量。使用源表（Keithley 2400）和AM1.5G光照从1000 W m-2太阳模拟器（SS-F5-3A，Enlitech）评估了PSC的光伏性能。J-V扫描以50 mV s-1的扫描速度在正向和反向方向进行。使用Enli Technology（中国台湾）EQE测量系统记录EQE曲线。校准的硅二极管用作EQE测量的参考。结果和讨论空穴传输层（HTL）的凝胶化TA是一种天然存在的小分子，具有疏水的1,2-二硫代璘和烷基链基团，以及亲水的羧酸基团。TA的结构包括动态共价二硫化键和非共价氢键，使其成为形成稳健连续网络的潜在交联剂。当TA溶解在氯苯中，并加入LiTFSI，它会发生凝胶化，形成一种黄色透明的凝胶状聚合物网络，称为poly(TA)。研究团队进行了流变学测量，研究了凝胶化行为。应变扫描测试显示，在约340％的振荡应变幅值处，凝胶向溶胶转变。在这个临界应变以下，凝胶网络保持稳定，但在存储模量（G’）和损耗模量（G"）交叉点附近的340％处发生失效。通过流变分析观察到，凝胶在50°C以上发生可逆的固态到液态转变。这种超分子聚合物在温度升高或被水稀释时会转变为黏稠的聚合物溶液。通过增加单体溶液的浓度或加入Fe3+，Pb2+，Zn2+和Ca2+等金属离子，可以提高凝胶的转变温度。FTIR分析证实了TA与LiTFSI之间的强相互作用，导致交联结构的形成。TA的添加促进了空穴传输层（HTL）前体溶液中凝胶的形成。如甲酸或乙醇等溶剂可以溶解凝胶，使研究团队能够在钙钛矿上制备HTL薄膜。与参考HTL相比，带有TA的凝胶HTL表现出了改善的薄膜形貌。SEM和AFM分析显示凝胶HTL薄膜具有均匀且致密的表面，表明TA在提高薄膜质量方面起到了作用。AFM-IR确认了凝胶HTL薄膜中TA的空间分布。a TA 交联聚合的示意图。 b TA聚合的图片。 c 应变扫描时聚 (TA) 凝胶的储能模量 (G’) 和损耗模量 (G")。 d TA（红色）、LiTFSI 和 TA 混合物（蓝色）、LiTFSI（黄色）的 FTIR 光谱。 e spiro-OMeTAD 和掺杂 TA 薄膜的 spiro-OMeTAD 的扫描电子显微镜 (SEM) 图像。 f 目标薄膜的 AFM 图像和 g 相应的纳米 FTIR 图像。红外频率为 1693 cm–1 的纳米 FTIR（与 TA 的 C&thinsp =&thinsp O 伸缩吸收共振）提高湿度稳定性研究团队使用ToF-SIMS映射评估了凝胶HTL薄膜中添加TA的成分分布。观察到在高湿度条件下，参考薄膜表面明显出现LiTFSI的聚集，而带有凝胶HTL的目标薄膜显示出减轻的LiTFSI聚集。这表明在高湿度条件下，凝胶HTL更加坚固。发现TA与LiTFSI之间的相互作用能够延缓Li的聚集。AFM-IR和深度剖面ToF-SIMS测量进一步证实了凝胶化在防止LiTFSI聚集和迁移方面的有效性。还研究了凝胶HTL策略对钙钛矿薄膜湿度稳定性的影响。将覆有HTL的钙钛矿薄膜在湿润空气中老化，并监测UV-vis吸收光谱。参考薄膜在暴露于湿润空气后显示出吸光度的急剧下降，而目标薄膜显示出微不足道的变化。XRD测量证实参考薄膜分解为PbI2和光不活性的δ相，而目标薄膜显示出延缓的α向δ相转变。经过老化的薄膜的PL映射显示，与参考薄膜相比，目标薄膜具有更窄的波长范围，表明其稳定性更好。凝胶HTL策略也适用于PTAA，观察到了类似的湿度稳定性改进。接触角测量表明，与参考薄膜相比，凝胶HTL薄膜的吸湿性降低。这些发现表明，使用凝胶HTL覆盖的钙钛矿薄膜的湿度稳定性得到了显著改善。a 参考膜和 b 目标膜在 25°C、85-90% 的高相对湿度下老化 200 小时之前和之后的 Li+ 的 2D ToF-SIMS 元素图。 c 参考钙钛矿薄膜和目标钙钛矿薄膜在 700–850 nm 处随时间变化的紫外可见吸收光谱。 d 参考膜和目标膜在 750 nm 处的归一化吸收。参考文献的 e PL 峰位置图和统计图。 f 目标薄膜在 25°C、85–90% 的高相对湿度下老化 500 小时之前和之后设备性能和稳定性的提高：研究团队研究了凝胶空穴传输层（HTL）对器件的光电性能和稳定性的影响。使用ITO/SnO2/钙钛矿/ spiro-OMeTAD(TA)/Au的n-i-p型平面太阳能电池结构来评估光伏性能。使用研究团队开发的凝胶HTL的目标器件显示出较高的平均光电转换效率（PCE），为20.22%，而参考器件为18.11%。它们还显示出改善的重复性和HTL薄膜的致密性。最佳目标器件的PCE达到22.52%，其VOC、JSC和FF的值较参考器件更高。研究团队开发的目标器件的稳定性显著提高，在暴露于环境大气条件（RH约30-60%）下2500小时后，保留了92%的初始PCE。相比之下，参考器件在1000小时后只保留了60%。未封装的目标器件在高湿度（85-90%）下也显示出良好的稳定性，在1000小时后保留了85%，而参考器件在530小时后只保留了75%。此外，目标器件在持续LED照明1000小时后保持了超过85%的初始PCE，而参考器件仅保持约40%。这些结果证实了凝胶HTL策略显著改善了太阳能电池的长期稳定性。a PSC 的结构以及钙钛矿和凝胶 HTL 之间的界面。 b 参考设备和目标设备的 PCE 统计分布。孔径面积为 0.0805&thinsp cm2 的最佳性能目标器件的 c J-V 曲线。 d 参考器件和目标器件的 EQE 曲线及其综合 JSC 曲线。 e 最大功率点附近偏置电压 (1.00 V) 对应的稳定功率输出数据。在 MPP 条件下 f ≈30–50% RH、g 85–90% RH 和 h 连续照明下参考器件和目标器件的归一化 PCE 演变提高光伏性能：为了理解凝胶空穴传输层（HTL）器件中增强的效率和稳定性的原因，研究团队研究了spiro-OMeTAD和凝胶HTL薄膜的电导率。与纯净的spiro-OMeTAD相比，凝胶HTL中TA的存在显著提高了电导率。这种增强归因于TA中S原子的强电负性，促进了spiro-OMeTAD的氧化。稳态光致发光（PL）和时间分辨光致发光（TRPL）光谱表明，凝胶HTL促进了光生空穴在钙钛矿/spiro-OMeTAD界面的传输和提取。光电压与光伏性能改善的关系与PL和TRPL测量结果一致。综上所述，研究团队通过改进空穴传输层（HTL）的胶凝性能，提高了钙钛矿太阳能电池（PSCs）的性能和稳定性。他们使用对苯二甲酸（TA）修饰的spiro-OMeTAD HTL形成了凝胶状结构，防止了水分和氧气的渗透，并促进了电荷传输。研究团队开发的凝胶HTL策略显著提高了钙钛矿太阳能电池的转换效率和稳定性，为实现高效稳定的太阳能电池提供了有前景的策略。a ITO/spiro-OMeTAD/Au 和掺杂 TA/Au 电阻器件的 ITO/spiro-OMeTAD 的 I-V 曲线。 b 使用 HTL 的参考钙钛矿薄膜和目标钙钛矿薄膜的 PL 曲线。 c 使用 HTL 的参考钙钛矿薄膜和目标钙钛矿薄膜的 TRPL 衰减曲线。请注意，具有 HTL 的样品的 TRPL 和 PL 是在短路时测量的。钙钛矿和钙钛矿/TA 薄膜的 Pb 4f 的 d XPS 谱。 TA 和含 PbI2 粉末的 TA 的 e FTIR 光谱。 f 使用 HTL 的参考钙钛矿薄膜和目标钙钛矿薄膜的 TRPL 衰减曲线。请注意，具有 HTL 的样品的 TRPL 是在开路条件下测量的

英国《工程师》网站近日报道，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员已经研制出了一种廉价的太阳能电池，可以响应几乎所有太阳光谱。科学家称，开发的多波段光电设备是基于砷镓氮化物，这样制成的是一种简单的太阳能电池，很容易制备。　　在该项目中，研究人员使用了砷镓氮化物，其成分类似于最普通的半导体：砷化镓。据介绍，将砷替换为氮是全光谱太阳能电池的关键一步。经过过去10年的努力，该实验室成功研发了一种频带反交叉模型，用于全光谱太阳能电池的研发。经过多次的试验之后，研究人员确定了最理想的合金组合，并计算出了各种金属在合金中的精确比例。试验证明，利用该方法制备全光谱太阳能电池很简单，使用有机金属化学气相沉积法就行，这是半导体产业最常见的制造技术之一，因此生产成本较低。

近十年来，具有高效率和低成本特性的钙钛矿型太阳能电池(PSCs)受到了越来越多的关注，尤其是柔性钙钛矿型太阳能电池(f-PSCs)在建筑一体化光伏、建筑贴附式光伏、便携式设备以及航空航天领域有广阔的应用空间，成为了研究人员关注的热点。虽然f-PSCs近些年来发展迅速，其光电转化效率仍旧落后于刚性PSCs，在f-PSCs处于弯曲状态下这种效率差距尤为明显。 　　前期，中国科学院宁波材料技术与工程研究所葛子义研究员和刘畅研究员等人通过薄膜形貌调控、载流子传输层修饰和新型二维钙钛矿材料设计(Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2101416；Adv. Funct. Mater. 2022, 10, 2210600；Infomat 2022, e12379；Nano Energy 2022, 93, 106800；Energy Environ. Sci. 2022, 15, 3630)等手段，大幅提升了柔性和刚性钙钛矿光伏器件的效率和稳定性。 　　然而，较弱的激子解离能力和较差的成膜质量仍旧制约着f-PSCs的效率，对此团队创新性地通过优化二维钙钛矿中有机大分子的吡啶环中的N原子位置，使大分子的偶极矩增大，实现了具有铁电性的二维钙钛矿。 　　研究发现铁电性的二维钙钛矿的加入能有效增强内建电场，进而提升激子解离效率并抑制器件中的非辐射复合。在三维钙钛矿结晶过程中二维钙钛矿种子可以辅助其成为更均匀和定向程度更高的晶体薄膜，释放薄膜中拉伸应力。因此，基于此的f-PSCs效率达到了23.08%，并且具有较好的机械稳定性，在经历了1000次循环弯折试验后仍旧可以保持原有能量转化效率的85%以上。 　　此外铁电二维钙钛矿具有压电性，在弯曲状态下可以引起ITO/钙钛矿界面的能带弯曲降低空穴传输势垒，因而该器件在拉伸应力下会呈现出更高的能量转化效率，为开发更高效的f-PSC提供了新的思路。 　　相关研究成果以“Rational design of ferroelectric 2D perovskite for improving the efficiency of flexible perovskite solar cells over 23%”为题，发表于Angew. Chem. Int. Ed.(相关论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202217526)，宁波材料所葛子义研究员和刘畅研究员为该论文的通讯作者，硕士生韩斌、王耀华为共同第一作者。 　　上述工作获得了国家杰出青年科学基金(21925506)、国家重点研发计划(2017YFE0106000)、国家自然科学基金(51773212、81903743、22005322)、宁波市科技创新2025重大专项(2018B10055)、中国科学院前沿科学研究重点项目(QYZDB-SSW-SYS030)等的支持。(a)新型二维钙钛矿的结构；(b)柔性器件的J-V曲线

随着新能源的逐渐普及，太阳能也迅速的走进千家万户，成为了成活中的一部分。太阳能在给生活带来便利和环保的同时，有一个"毒瘤"却一直在残害着太阳能电池或者组件的寿命，令广大用户对它是爱恨交加啊。那么这个"毒瘤"究竟是什么？该如何祛除呢？“毒瘤”的诞生过程这个"毒瘤"叫做太阳能热斑。太阳电池组件由于在制造和实验的过程中，出现隐裂、碎片焊接不良等；或在应用过程中，被其它物体(如鸟粪、树荫等)长时间遮挡时，被遮挡的太阳能电池组件此时将会严重发热，这就是"热斑效应"，也就是太阳能上的一颗毒瘤。有光照的电池所产生的部分能量或所有的能量，都可能被"热斑"的电池所消耗。“毒瘤”的破坏力这颗毒瘤会对太阳能电池会造成很严重地破坏作用，会严重的破坏太阳电池组件或系统，所以需要对太阳电池组件进行热斑检测，使相对发热均匀的电池片进行组合或维护，以避免组件所产生的能量被热斑的组件所消耗，同时避免由于热斑可能给太阳能组件或系统的寿命带来的威胁，所以需要用到一款专业的工具来检测这颗"毒瘤"，然后将其消灭。如何祛除“毒瘤”红外热像仪拥有超高的灵敏度，能够准确的感应出被测物体表面发生的微笑温度变化，检测出太能能电池片或组件的缺陷，将产品的缺陷位置直观准确的显示在红外热图中，特别是由菲力尔公司生产的FLIR Ex系列红外热像仪，可以实现即瞄即拍，能够快速准确的发现"毒瘤"，让其无所遁形，简直可以称之为"毒瘤杀手"。“毒瘤杀手”是如何工作的？想要发现毒瘤，就要让太阳能组件发热，这样热像仪才能发挥效应，所以首先要太阳能电池片或组件在正常的太阳光或辅助光源下工作，或将组件在上述光源的照射下短路，这样热斑才会出现。接下来就是FLIR Ex系列红外热像仪大显身手的时刻，FLIR Ex系列包括FLIR E4、E5、E6和E8共4种热像仪，通过画中画及热叠加技术，检测人员除了可以拍摄红外图像外，还可以同时捕获一幅可见光照片，并将其融合在一起，通过拍摄的红外图像，检测人员可以直观、快捷，方便在同时间和相同的环境下得到同一块组件上不同电池块的温度，第一时间识别和定位故障，找出热斑。不仅如此，在采用FLIR Ex系列红外热像仪检测热斑时，还不需要断电，其采用的非接触测量方式更不会干扰原有的温度场，反应速度更是小于1秒，所以检测人员可以更快更准的检测出热斑，与传统的数据采集器和红外点温仪相比，各方面性能可以说是完胜。所以，在检测太阳能电池片或者组件热斑的时候使用FLIR Ex系列红外热像仪是毋庸置疑的， "毒瘤杀手"可不是白叫的。