钙钛矿

作为光伏重要新技术之一的钙钛矿，近期产业化进度大幅加快：一方面纤纳α组件于1月6日对外宣布顺利通过IEC61215、IEC61730稳定性全体系认证，成为全球首个、且目前唯一完整通过这两项稳定性全体系测试的钙钛矿机构。通过该认证标志着制约钙钛矿大面积商用组件稳定性的行业痛点已被攻克；另一方面，据悉行业内领先公司协鑫光电、极电光电等公司将于2023年一季度启动GW级别产能建设，那么预示着钙钛矿行业将从此前的融资阶段转入正式GW级产能建设阶段。整体来看，2023年大概率将实现钙钛矿GW级产能投建，标志着钙钛矿正式进入产业化落地阶段。钙钛矿是指一类陶瓷氧化物，属于光伏电池中的薄膜路线（4%），与晶硅电池（96%）并列为目前光伏两大路线。与主流光伏电池晶硅电池相比，钙钛矿电池具有潜在转化效率高、柔性好、低能耗、低成本等优点。钙钛矿电池吸光材料由晶硅变为钙钛矿结构材料，因而多晶硅主链环节被钙钛矿电池替代，相应会带来制造设备与封装材料需求增加：目前大面积的制备工艺主要包括溶液法如狭缝涂布、刮刀涂布、喷涂等；以及真空蒸镀法；或两种方法有机结合。布劳恩在钙钛矿太阳能电池、有机光伏和有机发光半导体等行业拥有丰富研发和产业经验，可结合客户需求，为客户提供丰富的环境管控、生产工艺设备以及集成式的半自动/自动化解决方案。以下是布劳恩部分相关产品概览：01物理气相沉积由于钙钛矿材料体系具有蒸发温度低、腐蚀性强、难以共蒸等特性，布劳恩专门开发了针对钙钛矿材料进行真空蒸镀的专利技术，实现了高质量钙钛矿层的真空蒸镀工艺。目前该技术已被全球多个著名学府和研究机构应用，并协助我们的客户多次刷新世界纪录（HZB 再破世界纪录：钙钛矿/硅串联太阳能电池的效率达到 32.5%！）。02狭缝涂布机2021年2月布劳恩与FOM Technologies A/S达成战略合作；为全球范围内的客户提供溶液法涂布方案。涂布设备规格覆盖实验室级别到中试/小规模量产级别，并兼具适用于刚性基板的片对片工艺（S2S）和适用于柔性基板的卷对卷工艺（R2R）。详细介绍点击：如何选择合适的的狭缝涂布机?03VCD液膜固化MBRAUN开发的VCD（Vacuum Chamber Dryer）被广泛用于显示面板行业，有机光伏和钙钛矿行业中溶液法薄膜涂布/旋涂/打印/喷涂后的液膜可控固化。独特的流场设计、温度和压力控制功能为溶液法薄膜制备的固化工艺提供了广阔的工艺探索空间。04半自动/自动化解决方案布劳恩在超净生产环境管控（无水、无氧、无尘），自动化物流，工艺生产和检测设备集成整合，生产安全管理，生产信息记录等领域具备丰富的技术和经验储备，可为钙钛矿太阳能电池的半自动/自动试验线，中试甚至量产提供坚实的技术支持。详细介绍点击：MBRAUN 提供研发和生产一体化解决方案如果您对以上产品感兴趣，敬请联系布劳恩！

由中国国际科技促进会钙钛矿产业分会主办的“中国国际科技促进会钙钛矿产业分会半年度会员大会（2024）暨第六届全球钙钛矿与叠层电池（大湾区）产业化论坛”将于6 月26~28 日在深圳召开。作为钙钛矿产业分会的半年度大会及大湾区钙钛矿领域的重要盛会，论坛将邀请钙钛矿电池研究机构、电池与组件制造商、材料与装备供应商、检测认证、金融投资等领域的专家大咖共同参与，深度聚焦钙钛矿材料、设备、工艺、器件及应用瓶颈，共同探索“产学研用”协同合作的创新发展模式。作为惰性气体保护系统领域的领导者及先驱，布劳恩将一如既往盛装出席，展示我们在钙钛矿太阳能电池领域的应用和方案，包括不限于手套箱，钙钛矿镀膜系统，自动化研发解决方案，钙钛矿太阳能电池研发解决方案。布劳恩展台VIP位置如图所示诚邀您莅临我们的展台了解布劳恩钙钛矿太阳能电池研发解决方案，我们有专业的销售和技术人员为您讲解。钙钛矿镀膜系统01石化设备是指用于石油、天然气等天然资源的加工与转化的设备。石化设备的种类繁多，主要包括炼油设备、石化装置、化工设备、气体设备等。下面一起来了解一下这些设备的工作原理、结构和应用范围吧。真空镀膜技术可与湿法工艺兼容专利温控技术，专为蒸镀低升华点钙钛矿材料而设计有效防止腔室环境中沉积材料的二次蒸发，确保工艺稳定可控膜层性能高度一致，确保了科研及生产的稳定性和可重复性手套箱集成蒸镀系统在惰性气氛中操作，防止材料受氧气和水分侵蚀 惰性气体手套箱02石化设备是指用于石油、天然气等天然资源的加工与转化的设备。石化设备的种类繁多，主要包括炼油设备、石化装置、化工设备、气体设备等。下面一起来了解一下这些设备的工作原理、结构和应用范围吧。模块化箱体设计，便于拓展不锈钢主体加装安全玻璃前窗闭路循环净化可在正压或负压下操作水、氧浓度可达标配快速清洗和节能模式研发自动化解决方案03石化设备是指用于石油、天然气等天然资源的加工与转化的设备。石化设备的种类繁多，主要包括炼油设备、石化装置、化工设备、气体设备等。下面一起来了解一下这些设备的工作原理、结构和应用范围吧。减少人工操作和处理时间无尘环境，提高产品质量提高工艺的可重复性，一致性，准确性可处理各种尺寸的基板或其他类型的产品钙钛矿太阳能电池研发解决方案04石化设备是指用于石油、天然气等天然资源的加工与转化的设备。石化设备的种类繁多，主要包括炼油设备、石化装置、化工设备、气体设备等。下面一起来了解一下这些设备的工作原理、结构和应用范围吧。经过验证的才可靠2022年12月，德国HZB使用PEROvap蒸镀系统制备的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的转换效率达到32.5%。© Helmholtz Zentrum Berlin该系统专为高端研发而设计，并为中试生产作准备。系统根据钙钛矿材料特性配备了耐腐蚀的腔室和真空泵、可控温的内腔室、安装在真空泵上游的冷阱以及超低温蒸发源；专门开发的控制系统使得研发人员能够定义和存储数百个配方，跟踪和记录工艺数据，并在全自动模式下重复工艺。可以选配升级一系列高级功能，以满足更多的研发要求，包括自动更换掩模板、定制蒸发源、对接手套箱或真空互联系统。 会议时间及地址时间：2024 年 6 月 26~28 日（26 日下午签到，27~28 日会员大会+高峰论坛+企业参观）地点：深圳君悦酒店（深圳市罗湖区宝安南路 1881 号）6 月 26~28 日，期待与您相会于鹏城！

近日，武汉理工大学采购的飞纳台式电镜G5 ProX-SE型号设备，安装调试完成，学生在培训后考核通过。飞纳台式扫描电镜G5同时拥有BSD探头以及SED探头，可以完成能谱分析和形貌测试。该客户需要用电镜观察钙钛矿的粒径，以此评判样品制备工艺的好坏。SED探头采集二次电子信号，可以帮助快速呈现出样品的立体形貌，帮助客户更快地判断粒径。BSD探头采集的是背散射电子信号，可以更好地反映出不同元素之间区别，有利于能谱分析。飞纳台式电镜制样简单，操作容易，具有15S抽真空技术，可以大大节约客户的科研时间成本。同时，飞纳台式扫描电镜制样简单，操作设计也十分人性化，对客户的扫描电镜知识和技能要求不高，这就允许课题组每一位学生都可以实际上机操作这款台式扫描电镜。客户测试出的结果反映出了钙钛矿粒径分布不均匀的问题，有利于后期改善制备工艺，扫描电镜对科学研究提供了强有力的支撑。图一： 飞纳电镜下的钙钛矿图二：学生认真学习电镜

今年4月，七国集团气候、能源和环境部长会议发布《联合声明》称，将“推进钙钛矿太阳能电池等领域的技术革新”，钙钛矿太阳能电池这一能源领域的“新秀”引发强烈关注。钙钛矿太阳能电池图片来源：美国国家可再生能源实验室近日，《日本经济新闻》也集结部分专家，对太阳能、风能、核电、二氧化碳回收等5个领域备受瞩目的11项脱碳技术的普及程度进行了评估，结果发现，在即将实现商用的领域中，最引人关注的是下一代太阳能电池——钙钛矿电池，其可能成为能源行业的“游戏规则改变者”。专家指出，钙钛矿太阳能电池凭借高效率、低成本、低能耗、应用场景丰富等特点，在降低光伏成本革命中备受关注，但其耐用性和稳定性仍需进一步提高。下一代技术蓄势待发2013年，《科学》杂志评选十大突破，钙钛矿太阳能电池入选，被称为最有前景的下一代光伏技术。《日本经济新闻》在报道中指出，当前，钙钛矿电池主要有单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池。叠层钙钛矿电池指钙钛矿层可堆叠在彼此之上，也可堆叠在传统晶硅太阳能电池之上，形成能吸收更宽太阳光谱的“串联”电池。据美国《华尔街日报》网站近日报道，单结钙钛矿电池的理论转换效率可达33%，而钙钛矿/硅串联电池的理论转化效率可达43%，都超过单晶硅电池29.4%的理论转换效率。今年6月，阿卜杜拉国王科技大学称，该校研制的钙钛矿/硅串联太阳能电池的转换效率高达33.7%，创下世界纪录。此外，钙钛矿电池还具有轻、薄、可弯曲等特点，可铺设在传统硅基电池无法覆盖的墙壁表面或列车车顶，操作工序十分简单，且价格几乎减半。东京大学教授濑川浩司的测算显示，到2030年日本钙钛矿电池覆盖的面积最大可达470平方公里，发电能力为600万千瓦，相当于6个核电站。法兰西岛光伏研究所项目总监格雷戈里马克表示，钙钛矿层比硅层薄很多，使用的材料减为约1/100。而且，这些材料可在较低的温度下加工，从而节省能源、减少排放。引国际投资热潮在全球脱碳浪潮下，硅基电池的性能正在接近其理论极限，钙钛矿太阳能技术已成为众多企业眼中的“香饽饽”。欧洲PEPPERONI项目于去年11月1日启动，旨在推进欧洲大陆的叠层太阳能光伏电池的制造和产能，重点关注钙钛矿/硅叠层电池，这一项目将持续4年，由“欧洲地平线”计划与瑞士教育、研究和创新秘书处共同资助。法国光伏组件商Voltec Solar和法兰西岛光伏研究所合作，计划到2030年建设一处规模达5吉瓦的钙钛矿/硅串联太阳能电池“超级工厂”。法兰西岛光伏研究所总经理罗杰德罗兹多夫斯基-施特雷尔表示，这是一场技术革命，与传统技术目前可实现的最佳效率相比，它不仅能够在光伏组件层面实现30%的效率，还能通过利用回收材料，减少能耗和材料消耗。Voltec Solar公司总经理卢卡斯韦斯则强调，串联技术将是未来十年的主导光伏技术。英国牛津光伏公司计划今年推出其商用钙钛矿/硅叠层电池，预计转换效率为27%。该公司也计划在德国柏林附近扩建其试点工厂，并在2030年左右将生产规模扩大到10吉瓦。耐用性和可靠性亟待完善据麻省理工学院（MIT）网站报道，虽然钙钛矿显示出巨大的前景，多家公司已经开始进行商业化生产，但耐用性仍然是其面临的最大障碍。硅太阳能电池板在使用25年后，仍能保持25%的功率输出，但钙钛矿电池下降得很快。不过，科学家们已经取得重大进展：钙钛矿太阳能电池的“寿命”从最初的几小时，增加到几周、几个月，最新“出炉”电池的使用寿命可长达几年。澳大利亚新南威尔士大学工程学教授马丁格林表示，钙钛矿制造商需要证明电池板的使用寿命为25—30年，这是行业标准。牛津光伏公司首席技术官克里斯凯斯称，该公司已将其钙钛矿/硅叠层电池设计为达到或超过25年的使用寿命。MIT光伏研究实验室负责人托尼奥博纳西西指出，钙钛矿的一个优点是它们在实验室中相对容易制造，其化学成分很容易组装，但材料在室温下容易结合在一起，也容易分开。为解决这一问题，有些研究人员使用各种保护材料来封装钙钛矿，使其免受空气和潮湿的影响。博纳西西参与的一项研究表明，一旦钙钛矿的使用寿命超过10年，加上其制造成本低廉，就能在很多大型公用事业场所替代硅基太阳能电池。

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

中国科学技术大学教授徐集贤团队与合作者，针对钙钛矿太阳电池中长期普遍存在的“钝化-传输”矛盾问题，提出了命名为PIC(porous insulator contact，多孔绝缘接触)的新型结构和突破方案，基于严格的模型仿真和实验给出了PIC方案的设计原理和概念验证，实现了p-i-n反式结构器件稳态认证效率的世界纪录，并在多种基底和钙钛矿组分中展现了普遍的适用性。2月17日，相关研究成果以《通过一种多孔绝缘接触减少钙钛矿太阳电池中的非辐射复合》(Reducing nonradiative recombination in perovskite solar cells with a porous insulator contact)为题，发表在《科学》(Science)上。“钝化-传输”矛盾问题在光电子器件中(如太阳电池、发光二极管、光电探测器等)普遍存在。为了减少半导体表面的非辐射复合损失，需要覆盖钝化层来减少半导体表面缺陷密度。这些钝化材料的导电率一般较低，增加其厚度会增强钝化效果，但同时导致电流传输受限。由于这个矛盾，目前这些超薄钝化层的厚度需要极为精确的控制在几个甚至一个纳米内(nm，十亿分之一米)，载流子通过遂穿效应等厚度敏感方式进行传输，对于低成本的大面积生产不利。钙钛矿太阳电池技术近些年引起广泛关注，主要器件类型包括钙钛矿单结、晶硅-钙钛矿叠层、全钙钛矿叠层电池等，有望在传统晶硅太阳电池之外提供新的低成本高效率光伏方案。钙钛矿电池中，异质结接触问题带来的非辐射复合损失已被普遍证明是主要的性能限制因素。由于“钝化-传输”矛盾问题的存在，超薄钝化层纳米级别的厚度变化均会引起填充因子和电流密度的降低。因此，各类钙钛矿器件亟需一种新型的接触结构能够在提高性能的同时大幅减少钝化厚度的敏感性。科研团队经过长期思考和大量实验探索，提炼出这种PIC接触结构方案(图1)。该研究的主要思想是不依赖传统纳米级钝化层和遂穿传输，而直接使用百纳米级厚度的多孔绝缘层，迫使载流子通过局部开孔区域进行传输，同时降低接触面积。研究团队的半导体器件建模计算揭示了这种PIC结构周期应与钙钛矿载流子传输长度匹配的关键设计原理。PIC方案与晶硅太阳能电池领域的局部接触技术有异曲同工之妙，然而，不同的是，钙钛矿中的载流子扩散长度较单晶硅要短很多，从毫米级别大幅减小到微米甚至更短，这要求PIC的尺寸和结构周期要在百纳米级别。传统的晶硅局部接触工艺不能直接满足这种精度要求，而使用高精度微纳加工技术在制备面积和成本方面存在不足。面对这一挑战，科研人员巧妙地利用纳米片的尺寸效应，通过PIC生长方式从常规“层+岛”(Stranski-Krastanov)模式向“岛状”(Volmer-Weber)模式的转变，采用低温低成本的溶液法实现了这种纳米结构的制备(图2)。研究在叠层器件中广泛使用的p-i-n反式结构中开展了PIC方案的验证，首次实现了空穴界面复合速度从~60cm/s下降至10cm/s(图3)以及25.5%的单结最高效率(p-i-n结构稳态认证效率纪录24.7%)(图4)。这种性能的大幅改善在多种带隙和组分的钙钛矿中均普遍存在，展现了PIC广阔的应用前景。另外，PIC结构在多种疏水性基底均实现了钙钛矿成膜覆盖率和结晶质量的提高(载流子体相寿命大幅提升)，对于大面积扩大化制备颇有意义。值得注意的是，PIC方案具有普遍性，可进一步在不同器件结构和不同界面中推广拓展；模拟计算指出目前实验实现的PIC覆盖面积未达到其设计潜力，可进一步优化获得更大的性能提升。研究工作得到国家自然科学基金、科技部、合肥综合性国家科学中心能源研究院、中国科大碳中和研究院、上海同步辐射光源等的支持。美国科罗拉多大学博德分校科研人员参与研究。

钙钛矿电池的光吸收层是一种有机-无机杂化的材料，而极化激元是黄昆原始在研究光子与声子相互作用时提出的概念实现了钙钛矿纳米结构(纳米线、纳米片、量子点)的高质量制备，为实现钙钛矿激光器的制备奠定了物质基础 将杂化钙钛矿材料和等离激元纳米金属两者结合，形成SPP纳米激光器，这是未来光通讯和信息产业中一个重要的研究方向，即将激光器小型化，小型化意味着可以更高密度、更大范围的集成，是下一代器件应用的重要趋势。　　研究通过各种手段实现了金属结构的SPP模式的调控 制备了SPP模式的钙钛矿纳米线激光器，其激射阈值室温最低，并且首次实现了高于室温的激射。视频选自2020年半导体材料与器件研究与应用网络会议（报告人：中科院半导体所研究员 王智杰）

钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其廉价的材料成本、易于制备大面积器件以及较高的光电转换效率等优点受到了广泛关注。SnO2具有高透过率、高电子迁移率、适宜的能级、良好的紫外辐照稳定性和易于低温加工等特点，是目前n-i-p型PSCs电池常用的电子传输材料。然而，其体相和表面的缺陷(氧空位(VO)、悬空羟基(-OH)和不饱和配位金属原子)容易引起载流子累积和非辐射复合损失。此外，钙钛矿中金属、卤素和有机离子的配位不足也会引起界面化学反应，使得器件的效率和稳定性恶化。因此，对PSCs埋底界面的优化是实现其高效率和稳定性的关键。然而，由于埋底界面的非暴露特性，对其进行研究和优化具有一定的挑战性。 　　鉴于此，上海高等研究院鲁林峰团队助理研究员冀晓霏开发了一种简单有效的策略，通过在SnO2纳米颗粒中加入草酸甲脒(FOA)来同时抑制SnO2体相和表面缺陷以及钙钛矿埋底界面处FA+/Pb2+相关缺陷，实现有效的靶向缺陷钝化。研究成果以“Target Therapy for Buried Interfacial Engineering Enables Stable Perovskite Solar Cells with 25.05% Efficiency”为题发表在Advanced Materials上。 　　研究发现，甲脒离子和草酸根离子在SnO2层中均呈纵向梯度分布，主要聚集在SnO2/钙钛矿埋底界面处，调节钙钛矿的晶体生长，降低体相及界面缺陷，改善钙钛矿和SnO2之间的能级匹配。结果表明，FOA处理后的PSCs能量转换效率从22.40%提高到25.05%，PSCs的存储稳定性和光稳定性也显著提升。 图1 FOA调节钙钛矿晶体生长，改善界面能级匹配及降低界面缺陷的示意图 　　该研究为靶向治疗埋底界面缺陷，改善PSCs性能提供了一种有效途径。论文的第一作者为高研院助理研究员冀晓霏和香港城市大学博士研究生毕乐雨，论文的通讯作者为南方科技大学郭旭岗教授，香港城市大学Alex Jen教授和付强博士。该研究得到国家自然科学基金，广东省基础与应用基础研究重大专项，深圳市科技创新委员会及山西省科技厅的支持。

日前，奥联电子发布公告称，子公司将设立合资公司投资建设钙钛矿太阳能电池生产线，50MW钙钛矿中试线将于2023年投产。今年以来，我国钙钛矿投资持续增长，相关支持政策陆续出台，钙钛矿电池产业化进程不断提速。　　政策大力支持　　12月9日，奥联电子发布公告称，全资子公司将设立合资公司投资建设钙钛矿太阳能电池生产线。按照规划，合资公司50MW钙钛矿中试线将于2023年投产，600MW钙钛矿装备和120MW钙钛矿电池组件生产线将于2024年投产，力争5年内形成8GW钙钛矿装备和2GW钙钛矿电池组件生产能力。　　公开资料显示，钙钛矿是一种分子通式为ABX3的晶体材料，具有优异的光学和电学特性，光电转换效率高，是极具发展前景的下一代光电材料之一。业内人士表示，钙钛矿电池的光电转换效率持续提升，未来有望广泛应用于光伏建筑一体化(BIPV)和新能源汽车等领域。　　平安证券研报显示，TOPCon、HJT、IBC等N型单晶硅电池产业化发展提速，但面临30%的光电转换效率上限。钙钛矿太阳能电池属于下一代高效薄膜太阳能电池，单结钙钛矿电池理论转换效率可达31%，晶硅/钙钛矿双结和三结叠层电池可以实现吸收光谱互补，理论转换效率分别可达40%和50%，大大超越晶硅电池的效率水平。　　今年以来，相关政策陆续出台，为钙钛矿电池产业发展提供有力的支持。2022年6月，国家发展改革委、国家能源局等九部门联合印发的《“十四五”可再生能源发展规划》提出，掌握钙钛矿等新一代高效低成本光伏电池制备及产业化生产技术。8月18日，科技部等九部门联合印发的《科技支撑碳达峰碳中和实施方案(2022—2030年)》提出，重点研发高效稳定钙钛矿电池等技术。　　市场前景广阔　　机构看好钙钛矿电池产业长期发展前景。目前，钙钛矿电池仍处于发展前期。随着技术持续进步，稳定性和规模化制造以及相关测试技术将逐步完善，钙钛矿电池商业化应用将进一步成熟。　　根据平安证券报告，钙钛矿电池具备转换效率高、材料成本低、结构简单、工艺流程短、生产耗能低等优势，长期发展优势显著。随着近期技术研发持续突破，商业化应用有望进一步成熟。　　浙商证券研报称，钙钛矿太阳能电池是第三代高效薄膜电池的代表，钙钛矿具备质量轻、厚度小、柔性大、半透明等特性，未来将是BIPV等领域的明星材料。　　银河证券相关报告认为，随着钙钛矿电池技术发展日益成熟，“十四五”期间我国钙钛矿电池在建及规划产能有望达到50GW-75GW，对应设备总投资175亿元至263亿元。　　步入商业化关键节点　　在良好的行业发展前景和利好政策带动下，今年以来，钙钛矿项目投资持续增长，产业化进程不断加速。　　12月8日，无锡极电光能科技有限公司宣布，公司投资建设的150MW钙钛矿光伏生产线正式投产运行。据介绍，这是目前全球规模最大的钙钛矿光伏生产线。按照规划，公司总投资超30亿元的GW级钙钛矿光伏生产线及配套产线将于明年启动建设，预计2026年产能将达到6GW。　　在此之前，宁德时代于10月份公布一批钙钛矿专利。据了解，宁德时代早在2020年即开始布局钙钛矿。在今年5月份的业绩说明会上，公司透露，钙钛矿光伏电池研究进展顺利，并进入中试线搭建阶段。　　今年10月，金晶科技与杭州纤纳光电科技有限公司签订战略合作协议，拟在钙钛矿用TCO系列玻璃领域建立战略合作关系。今年年初，纤纳光电投资建设的100MW钙钛矿规模化产线建成投产，目前公司正在规划GW级生产线建设，有望2023年投产。　　此外，宝馨科技此前表示，公司钙钛矿项目将于明年年中完成实验室建设，预计2024年进入中试阶段，5年内会完成钙钛矿异质结电池叠层量产的目标。　　业内人士表示，目前钙钛矿电池已步入商业化的关键节点，亟待推进供应链企业的合作开发以及行业标准的建立。随着更多企业的加入，钙钛矿电池产业化进程有望进一步加速。为加速国内半导体材料及器件发展，促进国内半导体材料与器件领域的人员互动交流，推动我国半导体行业的高质量发展。仪器信息网联合电子工业出版社将于2022年12月20-22日举办第三届“半导体材料与器件研究及应用”主题网络研讨会。本次会议特别设置了光电材料、器件专场。参会方式本次会议免费参会，参会报名请点击会议官网：会议官网：https://insevent.instrument.com.cn/t/Mia （内容更新中）或扫描二维码报名

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。

p style=" line-height: 1.5em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 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。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201807/insimg/13912dd6-243e-49a5-a1d3-5c5f9726bf07.jpg" title=" W020180720292898136578.jpg" / /p p 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.)。 /p p 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。 /p p 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) /p p br/ /p

近日，中国科学技术大学物理学院、中科院强耦合量子材料物理重点实验室及合肥微尺度物质科学国家研究中心教授肖正国研究组，在制备高效稳定的钙钛矿单晶LED领域取得重要进展。该研究利用空间限制法生长出高质量、大面积、超薄的钙钛矿单晶，并首次制备出亮度超过86,000 cd/m2、寿命达12500 h的钙钛矿单晶LED，向钙钛矿LED应用于人类照明迈出了重要一步。2月27日，相关研究成果以Highly bright and stable single-crystal perovskite light-emitting diodes为题，发表在Nature Photonics上。金属卤化物钙钛矿因发光波长可调、发光半峰宽窄、可低温制备等特性成为新一代LED显示与照明材料。目前，基于多晶薄膜的钙钛矿LED(PeLED)的外量子效率(EQE)已超过20%，可媲美商用有机LED(OLED)。近年来，多数报道的高效率钙钛矿LED器件的寿命在数百到数千小时不等，落后于OLED。离子移动、载流子注入不平衡、运行过程产生的焦耳热等因素均影响器件稳定性。此外，多晶钙钛矿器件中严重的俄歇复合也限制器件亮度。针对上述问题，肖正国课题组利用空间限制法在衬底上原位生长钙钛矿单晶，通过调控生长条件，引入有机胺和聚合物，有效提升了晶体质量，进而制备出高质量的MA0.8FA0.2PbBr3薄单晶【最小厚度仅为1.5 μm、表面粗糙程度小于0.6 nm、内部荧光量子产率(PLQYint)达到90%】。以薄单晶作为发光层制备的钙钛矿单晶LED器件的EQE达到11.2%、亮度超过86,000 cd/m2、寿命达12500 h，初步达到商业化门槛，成为目前稳定性最好的钙钛矿LED器件之一。该工作展示了使用钙钛矿薄单晶作为发光层是解决稳定性问题的可行方案，以及钙钛矿单晶LED在人类照明和显示领域的广阔前景。研究工作得到国家自然科学基金和中国科大的支持。空间限制法生长单晶示意图(a)、单晶的显微镜图(b)、钙钛矿单晶LED的器件结构(c)、钙钛矿单晶LED性能表征(d-f)。

钙钛矿（Perovskite）是具有特定晶体结构的材料，晶体结构中可以嵌入许多不同的阳离子，从而可以开发多种工程材料。在过去几年中，这种材料已被广泛用于钙钛矿太阳能电池（PSC）的研发。钙钛矿太阳能电池是一类以金属卤化物钙钛矿材料作为吸光层的太阳能电池。作为第三代新型太阳能电池，在过去的几年里发展极为迅速。单节钙钛矿太阳能电池的转换效率已经从 2009年的3.8%上升到2023年的26.1%。钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池转换效率已达到33.7%，超过了单节晶硅太阳能电池所达到的最高转换效率。相比于晶硅电池，钙钛矿电池具有原料成本低、生产工艺简单，极限转换效率高、高柔性等优势，可以应用于光伏发电、LED等领域，发展前景广阔。作为光伏行业的重要参与者，MBRAUN在钙钛矿薄膜制备应用方面具备丰富的研发和产业经验。可结合客户需求，为客户提供从研发、中试到量产级别的设备，系统和半自动/自动化整体解决方案。以下是MBRAUN部分相关产品概览：01物理气相沉积钙钛矿材料具有蒸发温度低，腐蚀性强，难以共蒸等特点，从而影响工艺的可重复性和稳定性。MBRAUN专门设计了拥有专利技术的真空镀膜系统用于蒸镀低沸点钙钛矿材料。该系统的核心理念是对整个系统进行温度控制，以防止出现沉积后的二次蒸发现象。所有部件均均采用耐腐蚀材料和易于清洁维护的特殊设计，特别适用于具有腐蚀性和毒性的钙钛矿材料。目前该系统已被多个知名学府和研究机构应用，2022年12月，德国HZB使用PEROvap蒸镀系统制备的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的转换效率达到32.5%。02旋涂在实验室级别的钙钛矿研究中，旋涂法是最被广泛应用的一种方法。尽管这种方法材料利用率很低，且随着基底面积增大，中心和其辐射边缘成膜不再均匀，但是对于优化薄膜厚度，研究钙钛矿结晶及其分解机理有极大的方便之处。MBRAUN提供的旋涂设备具有可编程功能，能够编辑储存包括速度、加速度和旋涂时间在内的多个参数，方便用户灵活地开展前沿研究，尤其是研究对空气敏感的材料。同时可提供各种可选配件，如半自动注液系统、脚踏开关和内衬（便于清洁）等。全系列标准的和定制的真空吸盘，带有快速更换装置，使旋涂功能变得更加全面完善。03狭缝涂布狭缝涂布机的设备造价显著低于真空镀膜设备，却可以达到很高的材料利用率（高达95%）。狭缝涂布技术广泛应用于许多前沿高科技领域，可以将液体材料涂布到刚性或柔性基板上以制备功能膜层。特别是在大尺寸大容量薄膜太阳能电池的生产制造上，狭缝涂布技术不断获得业界关注并被普遍认为具备产业化潜力。在狭缝涂布技术应用中应特别注意环境中粉尘对涂布工艺的影响。在不合格的无尘环境下进行狭缝涂布工艺，纳米级薄膜（干膜厚度）将被完全破坏。为了避免这个问题，MBRAUN开发了小型洁净系统，可以在惰性气体环境下运行，并在该环境内同时实现ISO1的洁净等级。04热板湿法制膜设备需要经过良好的固化后才能形成均匀的薄膜，以制备高效率的器件。热板是MBRAUN工艺设备系列中的最新设计之一，用于在可控条件下固化在刚性基片上沉积的有机薄膜。具有非常好的温度均匀性、温控精度、工艺稳定性、可重复性，以及高度的灵活性，应用范围覆盖基础研究到复杂的制造工艺。05自动化当用户开始关注如何消除人为失误、增加产能以及提高工艺重复性和稳定性时，就一定会需要自动化解决方案。MBRAUN作为钙钛矿电池领域的整体方案头部厂商，在超净生产环境管控（无水、无氧、无尘），自动化物流，工艺生产和检测设备集成整合，生产安全管理，生产信息记录等领域具备丰富的技术和经验储备。多年来，MBRAUN设计并交付了一系列从半自动化到全自动化范围的高度集成的系统，为客户量身定制解决方案，充分满足客户的每个特定需求，在行业内获得高度好评。如果您有相关需求，欢迎致电布劳恩！

近日，中科院大连化学物理研究所研究员刘生忠团队与陕西师范大学教授赵奎合作，在二维Dion—Jacobson（DJ）钙钛矿成膜控制研究中取得新进展，制备出高效率芳香族二维DJ钙钛矿太阳电池。相关研究发表在Advanced Energy Materials上。近年来，二维有机—无机杂化钙钛矿半导体材料凭借其高的环境稳定性和结构多样性，受到研究界广泛关注。该研究中，合作团队利用原位表征手段，实时追踪二维DJ钙钛矿前驱体溶液反应形成固态薄膜的结晶过程，以及其对量子阱生长、电荷传输、太阳电池性能的影响。研究发现，溶液处理过程中，快速提取溶剂可以加快钙钛矿相的成核和生长，避免从中间相到钙钛矿相的间接转变。因此，通过提升薄膜质量、优化量子阱的厚度分布，有利于提高二维钙钛矿太阳电池的电荷传输效率、载流子寿命和迁移率，最终改善电池的短路电流和开路电压，制备出效率为15.81%的器件。据了解，这是目前文献可查的芳香族二维DJ钙钛矿太阳电池的最高效率。该研究对指导DJ钙钛矿实现更加优化的光电性能和器件性能具有重要意义。相关论文信息：https://doi.org/10.1002/aenm.202002733

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.

中国大陆正在成为钙钛矿太阳能电池的研究大国。统计显示,中国大陆发表的这类国际学术论文篇数已超越美国、日本和韩国,与美国的差距持续扩大。【中国论文篇数位居第1】根据东京数据分析供应商Fronteo的统计,自2019年以来,中国大陆发表了超过5500篇有关钙钛矿电池的国际学术论文,位居第一。美国以约3400篇排第二,韩国有1460篇,日本约820篇。在发表篇数最多的前几国家中,中国大陆占总篇数约30%。Fronteo是在分析2010年至2022年3月间发表的逾3.8万篇钙钛矿电池论文后得出此结论。【钙钛矿电池优势】与主流的硅太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池更薄更轻,也更柔韧,更易安装在建筑外墙和电动车车顶。自2009年日本团队开发出钙钛矿电池以来,已成为日本以外约80%的太阳能电池研究主题。许多研究聚焦提高寿命、扩大用途以及其他商业化方向。【日本积极布局】当前市场主流的太阳能电池板大多在中国大陆制造。日本政府寻求国内制造钙钛矿电池,减少对中国电池的依赖。日本塑料制造商住友化学计划在2030年前开始批量生产钙钛矿太阳能电池,以赶上中国竞争对手。

据物理学家组织网17日消息，瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员通过使用3D气溶胶喷射打印，开发了一种生产高效X射线探测器的新方法。这种新型探测器可以很容易地集成到标准微电子设备中，从而大大提高了医疗成像设备的性能。研究成果发表在美国化学学会科学月刊《ACS Nano》上。　　这种新型探测器是由洛桑联邦理工学院基础科学学院福罗带领的研究小组研发的，其由石墨烯和钙钛矿组成。利用瑞士电子学与微电子科技中心的气溶胶喷射打印设备，研究人员在石墨烯基底上3D打印钙钛矿层。其想法是，在设备中，钙钛矿充当光子探测器和电子放电器，而石墨烯则放大输出的电信号。　　此外，报道称，研究人员使用了甲基碘化铅钙钛矿，由于其引人入胜的光电性能以及低廉的制造成本，最近这种钙钛矿备受关注。　　该研究小组的化学家恩德雷霍瓦特说：“这种钙钛矿含有重原子，这为光子提供了高散射截面，因此使其成为X射线探测的完美候选材料。”　　结果表明，这种方法生产的X射线探测器具有破纪录的高灵敏度——比同类最佳医学成像设备提高了4倍。　　“通过使用带有石墨烯的光伏钙钛矿，对X射线的响应大大增加。”福罗说，“这意味着，如果我们在X射线成像中使用这两者的组合材料，成像所需的X射线剂量可以减少1000多倍，从而降低这种高能电离辐射对人体健康的危害。”　　福罗说，钙钛矿-石墨烯探测器的另一个优点是它不需要精密的光电倍增管或复杂的电子设备，因此它让医学成像变得很简单。　　报道称，该项研究中使用的气溶胶喷射打印技术是一种相当新颖的技术，可用于制造3D打印的电子元件，如电阻、电容、天线、传感器和薄膜晶体管，甚至还可在特定基材上打印电子产品，如手机外壳。　　除了X光照片外，X射线医疗用途还包括透视、癌症放射治疗和电子计算机断层扫描。而这种新型探测器易于合成，应用领域更加前沿，可广泛应用于太阳能电池、LED灯、激光器和光电探测器等。　　总编辑圈点　　钙钛矿为人们熟知的应用是制造超高效光伏电池，有时也在晶体管和LED照明等方面发挥优势。不过，其还拥有一项非凡潜力——作为X射线探测器的材料。这是其优异的载流子输运特性和重原子组成架构决定的，相比现有的X射线成像仪，基于钙钛矿化合物的探测器更灵敏且功耗更低，它出色的电荷输运特性以及结构特性，已经被证明是实现直接X射线转换的理想选择。可以预料，在进一步优化后，未来X射线探测器的灵敏度更将轻松上升一个量级。

祝贺河工大林靖和黄阳教授课题组在《Chem. Mater.》期刊发表重要论文早在2016年12月12日的《自然》上，就发布了一篇名为《2017 sneak peek：What the new year holds for science》的文章，其中提到科学家将会集中注意力研究一种叫做钙钛矿的奇迹材料。今天，钙钛矿材料已经非常火爆。那么，什么是钙钛矿呢？钙钛矿材料是一类有着与钛酸钙相同晶体结构的材料，包括了数百种物质，拥有共同的结构式ABX3。钙钛矿材料从导体、半导体到绝缘体，范围为广泛。近年来，铅卤化物钙钛矿纳米材料以其优异的光学和电子性质，在LED显示、光伏电池、光电探测器等领域具有广阔的应用前景。然而，钙钛矿纳米材料的可控合成，一直是影响其未来应用的难题之一。 近，河北工业大学林靖和黄阳教授等人开发了一种简单、可控的溶剂热方法，合成了侧边（X、Y）尺寸可调、厚度（Z）固定的CsPbBr3超薄纳米片，并实现其与零维钙钛矿Cs4PbBr6 纳米晶的可逆相转变。相关论文以“Solvothermal Synthesis of Ultrathin Cesium Lead Halide Perovskite Nanoplatelets with Tunable Lateral Sizes and Their Reversible Transformation into Cs4PbBr6 Nanocrystals”为题发表在《Chem. Mater.》杂志上。这一研究，破解了钙钛矿纳米材料可控合成的难题，提供了一种新的可以通过控制反应时间来控制纳米片尺寸，进而获得发光峰位精确调控的有效途径，并为钙钛矿材料在未来显示、光电领域的应用夯实了基础。（a,b）不同反应时间下制备的CsPbBr3纳米片的PL发射光谱和UV-vis吸收光谱（c-f）不同反应时间下制备的CsPbBr3纳米片从上图可以发现，随着反应时间的延长（30 min~24 h）， CsPbBr3纳米片侧向尺寸不断变化，发光峰位逐渐红移，说明这种溶剂热法可以通过控制反应时间来调控纳米片尺寸，进而精准调节发光峰位。CsPbBr3纳米片是以碳酸铯和溴化铅表面包裹上长碳链的有机配体形成前驱体，在溶剂热条件下(60?180 °C)合成的。另外，通过简单地改变铯油酸或溴化铅前驱体的加入量和加入顺序，可以实现CsPbBr3纳米片和Cs4PbBr6纳米晶之间的可逆化转变。本研究中，作者使用了TEM、XRD、UV-Vis、稳态荧光、瞬态荧光等多种表征方法。小编有幸采访到原文的作者，翟伟同学，他介绍到：这次研究中的发光测试，使用的是Fluorolog-3型荧光光谱仪。这套仪器的灵敏度、稳定性和分辨率都很高，为表征不同尺寸钙钛矿纳米片发光峰位红移提供了技术保障。如果您对本报道的研究方法感兴趣，希望联系作者，或者想对本研究荧光光谱测试方法一探究竟，欢迎点击“阅读原文”留言，我们的荧光应用专家将乐于为您牵线并提供解答服务。扫描●识别●查看阅读英文原文HORIBA科学仪器事业部结合旗下具有近 200 年发展历史的 Jobin Yvon 光学光谱技术，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。今天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首选。

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。 /p p 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& nbsp (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.& nbsp 2018,& nbsp 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）。 /p p 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,& nbsp DOI: 10.1002/solr.201800232，inside cover；Nano Res.,& nbsp 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.,& nbsp 2018,& nbsp 140, 11705–11715，并入选当期封面。 /p p 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。 /p p 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" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: left " 图1.& nbsp 全程风刀涂布制备高效率钙钛矿太阳能电池 /p p 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" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: left " 图2.& nbsp 高效率无电子传输层钙钛矿太阳能电池 /p p 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" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: left " 图3.& nbsp 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 /p p 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" / /p p style=" text-indent: 2em text-align: left " 图4.& nbsp 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

升级高效稳定的钙钛矿薄膜是钙钛矿太阳能电池工业化中的一项具有挑战性的任务，部分原因是缺乏高性能空穴传输材料（HTM），它可以同时促进空穴传输和调节钙钛矿薄膜的质量，特别是在倒置太阳能电池中。南京邮电大学陈润锋、Ye Tao和华北电力大学李美成等人设计了一种基于N-C = O共振结构的新型HTM，以促进钙钛矿薄膜的结晶和底表面缺陷的调节。受益于供体-共振-供体 (D-r-D) 结构中的共振互变（N-C = O 和 N+ = C-O&minus ）以及与钙钛矿中不配位Pb2+的相互作用，所得具有两个供体单元的D-r-D HTM不仅表现出优异的空穴提取和传输能力，以及钙钛矿的高效结晶调节，用于大面积的高质量光伏薄膜。基于D-r-D HTM的大面积 (1.02 cm2) 器件表现出高达21.0%的高效率 (PCE)。此外，大面积器件具有优异的光热稳定性，在高温（~65°C）下连续AM1.5G光照超过1320小时且无需封装的情况下，PCE仅降低2.6%。本研究采用Enlitech QE-R产品进行量测。

近日，大连化物所超快时间分辨光谱与动力学研究组（1110组）金盛烨研究员、田文明研究员等在高压环境下光生载流子输运研究中取得新进展。该团队通过时空分辨荧光扫描成像技术，实现了高压环境下载流子输运的直接观测，并发现钙钛矿在高压环境下仍然可以保持良好的载流子输运性能。压力作为重要的热力学影响因素，可以有效缩短原子间距，增强电子轨道耦合，进而改变物质的电子和晶体结构，从而揭示材料结构与性能的关系，并在发现新结构、新现象和阐释新机制方面发挥着重要作用。研究发现，压力可以有效改变钙钛矿材料的光电特性，并且在一定的压力范围内可以提升器件的光电性能。钙钛矿材料的载流子寿命，载流子迁移率和迁移距离是决定器件性能的重要参数。因此，了解这些核心参数在压力作用下如何变化，对于理解压力对钙钛矿器件光电性能的影响至关重要。高压下材料性质研究主要在金刚石对顶砧压腔内完成，受到压腔空间以及传压介质限制，采用传统方法测量高压下载流子输运性能具有巨大挑战。　　本工作中，该团队通过将金刚石对顶砧与时空分辨荧光扫描成像等技术相结合，在高压环境下直接观测到三维钙钛矿MAPbI3单晶中的载流子输运过程，并发现在0.4至5.7GPa压力范围内，三维钙钛矿MAPbI3单晶的扩散系数比常压提高30%以上，载流子依然可以保持5至8μm迁移距离。同时，团队结合高压下X射线衍射和拉曼光谱等表征技术，证明了MAPbI3单晶在0.3至0.4GPa发生了由四方相到立方相的结构转变，在大约3GPa发生了等结构相变。本工作揭示了压力对三维钙钛矿MAPbI3载流子输运的影响，并为利用压力来调节或优化钙钛矿的光电特性提供了新思路。　　相关研究成果以“Excellent Carrier Transport Property of Hybrid Perovskites Sustained under High Pressures”为题，于近日发表在《美国化学会能源快报》（ACS Energy Letters）上。该工作的第一作者是大连化物所1110组联合培养博士研究生尹延峰。上述工作得到国家重点研发计划“纳米科技”重点专项、国家自然科学基金、中科院青年创新促进会等项目的支持。　　文章链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02359

第六届钙钛矿、异质结与叠层技术论坛将于4月16-18日在常州召开，会议探讨光伏行业展望与异质结、钙钛矿和叠层电池市场分析，大面积工业化钙钛矿和叠层电池材料体系、制造工艺与核心设备，钙钛矿电池转换效率提升与长期稳定性研究，异质结、钙钛矿与叠层组件封装技术与封装材料等。天美公司携爱丁堡分子光谱产品在光伏行业中的应用方案出席了此次技术论坛。在会议期间，各行业相关人员莅临到天美公司展台，了解天美公司在光伏行业中的仪器测试解决方案。本次会议天美应用工程师在大会上作《爱丁堡分子光谱产品在光伏领域中的应用》的报告，让行业客户更加了解爱丁堡分子光谱产品在光伏行业中的应用。天美集团旗下爱丁堡系列分子光谱仪器可为光伏行业提供高效，精准的拉曼，荧光、紫外及红外测试技术，表征光伏材料的带隙，载流子迁移，量子效率，结构晶型分析和缺陷分析等信息，为进一步提高光伏行业器件效率提供基础。

2019年8月13-15日, 由WILEY出版集团、电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室、《InfoMat》期刊共同主办的钙钛矿国际研讨会在四川成都顺利举办。　　钙钛矿型材料复合物具备优异的光学与电学性能，在新能源、光电等领域备受瞩目。针对当前钙钛矿材料及其应用等领域的热点问题，此次研讨会邀请到国内外相关领域的著名学者，围绕“新型钙钛矿材料与器件、应用”的主题，以相关前沿研究领域的最新研究进展及趋势为重点展开研讨，搭建为国内外学者提供深入交流的桥梁，共同推进相关领域的科技创新。加强钙钛矿材料领域科学工作者之间的交流，进一步促进合作与协同创新。天美公司作为的主要赞助商携旗下爱丁堡仪器产品，全程参与了此次会议。 　　会议期间，众多老师及同学莅临展台。了解爱丁堡旗下稳态瞬态荧光光谱仪、激光闪光光解仪以及最新推出的显微拉曼共聚焦光谱仪。公司作为国内主要的科学仪器供应商，将一直致力服务于科研领域。为广大用户提供更专业的仪器和技术服务。 关于天美：　　天美集团从事表面科学、分析仪器、生命科学设备及实验室仪器的设计、开发和制造及分销；为科研、教育、检测及生产提供完整可靠的解决方案。近年来天美集团积极拓展国际市场，先后在新加坡、印度、澳门、印尼、泰国、越南、美国、英国、法国、德国、瑞士等多个国家设立分支机构。公司亦先后收购了法国Froilabo公司、瑞士Precisa公司、美国IXRF公司、英国Edinburgh Instruments公司等多家海外知名生产企业和布鲁克公司Scion气相和气质产品生产线，以及上海精科公司天平产品线, 三科等国内制造企业、加强了公司产品的多样化。

《Nature Communications》氯仿(Cl2-CF)光解生成氯气诱导钙钛矿晶体重构:华侨大学魏展画、谢立强等人实现高效、高稳定性的钙钛矿太阳能电池构建二维/三维鈣钛矿异质结是鈣钛矿太阳能电池表面钝化的有效方法。然而,过去的研究显示,仅通过沉积二维鈣钛矿物理地覆盖在三维鈣钛矿表面,体部三维鈣钛矿仍存在缺陷。近日,华侨大学魏展画、谢立强等人的研究团队在《Nature Communications》发表论文指出,他们提出采用氯气溶解氯仿(Cl2-CF)作为多功能溶剂,同时构建二维/三维鈣钛矿异质结以及诱导体部晶粒二次生长和缺陷钝化。这项研究为实现高效、高稳定性的鈣钛矿太阳能电池提供了新思路。首先,研究团队进行了一系列化学分析实验证实了Cl2-CF的组成。具体而言,他们利用硫酸钡、硝酸银试剂检测确认Cl2-CF中存在CO2和Cl- 使用碘化鈣试纸检测确认存在Cl2。UV-vis吸收光谱结果显示,Cl2-CF具有氯气特征吸收峰,证实了氯仿在光照湿气条件下发生光解生成Cl2。为揭示Cl2-CF的反应活性,团队通过UV-vis光谱观察了不同鈣钛矿前驱体溶解在Cl2-CF中的吸收峰变化,证明Cl2-CF具有强氧化性,可以使碘离子氧化生成碘分子。接着,研究人员采用X射线衍射、GIWAXS等手段研究了Cl2-CF对鈣钛矿晶体结构的影响。结果显示,Cl2-CF处理鈣钛矿薄膜后,衍射峰强度提高、位置发生移位,证明处理过程中发生了Cl掺杂和鈣钛矿晶粒二次生长。通过XPS和EDS表征,团队进一步证实Cl2-CF处理可以将Cl-阴离子引入鈣钛矿体部并扩散到薄膜底侧,实现了鈣钛矿的Cl掺杂。基于上述发现,研究人员提出Cl2-CF溶剂既可诱导鈣钛矿晶粒二次生长,又可作为溶解大体积阳离子的后处理溶剂构建二维/三维异质结。为验证此设想,团队利用六氢溴化铵钝化鈣钛矿薄膜。结果表明,Cl2-CF溶解的六氢溴化铵可以与缺陷表面反应生成二维钝化层,与此同时Cl2诱导鈣钛矿晶粒二次生长,实现了表面钝化和体部结晶再生长的双重效应。SEM、AFM结果显示,二次生长后的鈣钛矿薄膜表面更加平滑。XRD和GIWAXS证实了二维鈣钛矿的形成。最后,通过氧化还原反应机理研究,团队指出Cl2与鈣钛矿中碘离子的反应是实现上述效果的关键所在。反应生成的Cl-扩散进入鈣钛矿体部和界面区域,降低了缺陷密度并抑制了非辐射复合。依托这一多功能溶剂体系,研究团队使用光焱科技Enlitech的太阳光模拟器SS-X系列以及量子效率检测仪QE-R检测实验结果,最终制备出效率高达24.21%的鈣钛矿太阳能电池,并得到显著提升的工作稳定性,在最大功率点持续一太阳光照条件下保持80%的初效率达905小时。该研究成果为实现高效、高稳定的鈣钛矿太阳能电池提供了崭新的思路。综合运用氯气溶解氯仿溶剂的氧化性质诱导鈣钛矿晶体缺陷钝化与二次生长,以及溶解大体积阳离子构建异质结的策略,或将为鈣钛矿太阳能电池的构装工艺提供新的灵感。当然,要实现商业化应用,还有待于进一步优化工艺以降低成本和提高重复性。a.Cl2-CF 形成过程图。 b. CF 和 Cl2-CF 以及溶解在 CF 和 Cl2-CF 中的 c. FAI 的紫外可见吸收光谱。 d. PVSK、PVSK-CF 和 PVSK-Cl2-CF 的晶粒尺寸分布。 e. Cl2-CF 和钙钛矿薄膜之间氧化还原反应的示意图。a PVSK、PVSK-CF 和 PVSK-Cl2-CF 的 Cl 2p XPS 谱。 b 钙钛矿薄膜底面的Cl含量。 c PVSK、PVSK-HABr/CF 和 PVSK-HABr/Cl2-CF 的晶粒尺寸分布。 d-f 掠入射广角 X 射线散射 (GIWAXS) 表征，掠射角为 0.5°。 g 纯电子器件的空间电荷限流（SCLC）测量。 h 钙钛矿薄膜的时间分辨光致发光（TRPL）和 i 稳态光致发光（PL）光谱。a 陷阱态密度 (tDOS)。 b 黑暗条件下偏压 0.9&thinsp V 的电化学阻抗谱 (EIS)。 c 开路瞬态光电压测量 (TPV)。 d 莫特-肖特基分析。 e 短路时的瞬态光电流 (TPC)。 f J-V 曲线在黑暗条件下测量。

‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍Laoss是一款用于设计、构建、仿真、优化钙钛矿/有机太阳能电池组件和OLED面板，对其热学、光学和电学性能进行仿真的软件。对于提高面板和组件效率、优化其性能、缩短研发周期、节省材料成本等有着具大的帮助。目前，针对中国科研单位用户，Fluxim 团队决定给予最大幅度的优惠，详情请与我公司联系。主要特点• 简单易用，快速有限元分析模拟仿真• 直观图像化用户界面以及Workflow• 普通计算机即可快速运行仿真计算• 具备可视化大范围输出数据及结果的功能分析方法• 基于电&热仿真的有限元分析法• 焦耳（电阻）加热的电热耦合• 强大的3D-Ray追踪光学模拟仿真计算，模拟&优化• 分析大面积组件/面板电极电损耗 for PV and OLED• 评估电极中的电流 for PV and OLED• 计算大型器件的 I-V 曲线 for PV and OLED• 优化太阳能电池组件效率 for PV• 计算组件/面板上的温度分布 for PV and OLED• 量化像素串扰效应 for OLED• 优化电极的几何形状 for LED and PV• 模拟缺陷和电分流对组件/面板的影响 for PV and OLED‍‍三大主功能‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍1.电学模块• 仿真大面积OLED面板和太阳能电池组件的特性(填充因子vs电导率，2D电位分布，电流密度，欧姆损耗，总输出功率等)• 优化OLED面板和光伏组件中的电极设计以减少电功率损失• 研究非理想效应（例如电分流）• 自动化优化电极的几何形状‍‍‍‍‍‍‍‍• 了解RGB OLED像素数组中的电串扰‍‍‍‍‍‍‍‍优化电极设计：电势图电极优化：电势图非理想效应（电分流）研究自动优化电极几何形状：输出功率vs钙钛矿太阳能电池的电极宽度OLED 像素数组中的电势图：层与层之间的漏电流造成OLEDs未正常工作‍‍2.热学模块• 模拟OLED面板或太阳能电池组件中的热学和电流（电热耦合）之间的双向相互作用• 在标准作业程序下计算OLED面板和太阳能电池组件中的温度分布• 分析由于电热耦合导致的OLED面板和太阳能电池组件中的非理想I-V特性曲线• 电热耦合可模拟热产生和电学性能两者之间相互作用‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍（1）具有六角形栅极的组件中的电位分布（2）对应(1)的温度分布（1）双向电热耦合相互作用引起的温度分布（2）模拟I-V特性曲线3.光学模块• 仿真研究具有复杂3D光学组件或表面纹理化的OLED面板和太阳能电池的组件• 通过构建独立的3D光学组件来仿真其对OLED面板和太阳能电池组件的贡献• 仿真OLED面板中的光学串扰• 可与SETFOS结合方便地分析光耦合几何特性‍‍仿真菲涅耳透镜或其他3D光学组件与太阳能电池或OLED耦合以提高效率光学串扰仿真曲面显示仿真更新后的4.1版本增加了以下功能1.交流模拟2.Laoss-Setfos整合集成一体化全面仿真3.金属栅线预定义：栅线数量、角度和base offset等4.预先定义像素形貌：XY方向像素数量5.几何设计导入和预定义几何设计6.可跳过在Laoss光学模块中切割三角形步骤7.固定偏振角 Phi 对于非偏振BSDFs8.关闭Laoss前检查改变参数，运行一个仿真或者加载一个不同的仿真9.Laoss光学：设定每个主要方向的独立边界形式10.Laoss光学模块：光谱图11.在XY结果图表中显示界面几何结构12.项目和模拟结果保存‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

2013年，一种新型太阳能电池材料——钙钛矿突然成为人们关注的焦点。它具备高效率、低成本、制造工艺简单、光谱吸收范围广等优势，即使在弱光条件下也能保持光电转换率。用这种材料制成的电池被《科学》杂志评为2013年十大突破之一。所有光伏太阳能电池光电转换都依赖于半导体将光能转换为电能。自20世纪50年代以来硅一直是太阳能电池的主要半导体材料。但传统太阳能电池板制造过程中使用的大型硅晶体价格昂贵、制备步骤多，需消耗大量能源。在寻找硅的替代品过程中，科学家利用钙钛矿的可调性制造出了与硅性质类似的半导体。钙钛矿晶体可以分散到液体中，使用低成本的成熟技术旋涂，制得的薄膜光吸收层仅百纳米，比硅电池厚度小逾百倍。通过改变钙钛矿材料的化学组分，可以调节其吸收光的波长。调到不同波长的钙钛矿层甚至可以堆叠在彼此之上，也可以堆叠在传统的晶硅太阳能电池之上，形成了能够吸收更多太阳光谱的“串联”电池。如今，这种电池的转换效率从2009年的3.8%提高到25%以上，这种新兴的光伏技术引得资本争相入局，但大面积应用的效率、稳定性等难题仍有待解决。从实验室里走出的钙钛矿电池钙钛矿（Perovskite）已有180多年历史，最初它是指一种由无机物钛酸钙（CaTiO?）组成的矿物。1839年，在欧亚两洲的分界线乌拉尔山脉，柏林大学矿物学家古斯塔夫斯罗斯（Gustavus Rose）发现了这种天然矿物，他以俄罗斯贵族、矿物学家列夫佩洛夫斯基（Lev Perovski）的名字为这种物质命名。但在光伏领域，“钙钛矿”并非指一种特定材料，而是指具有ABX?结构的化合物家族，A位通常代表有机阳离子，B位为金属铅离子Pb2+，而X位为卤素阴离子。由这些化合物组成的材料家族被通称为“钙钛矿”材料。这是一种人工设计的材料，材料配方选择灵活，带隙可调。由于钙钛矿结构可以由大量不同的元素组合而成，利用这种灵活性，科学家可以设计钙钛矿晶体，使其具有各种各样光学和电学特性。时至今日，钙钛矿晶体已广泛用于超声波机、存储芯片以及太阳能电池中。最近10多年来，研究人员关注的焦点主要集中在卤化铅钙钛矿，世界各地的实验室都试图寻找在电池效率、成本和耐用性方面表现最佳的钙钛矿材料。2009年，日本科学家宫坂力（Tsutomu Miyasaka）及其同事首次选用有机-无机杂化的钙钛矿材料碘化铅甲胺（CH3NH3PbI3）和溴化铅甲胺（CH3NH3PbBr3）作为新型光敏化剂，取代染料敏化太阳能电池中的染料，制备出全球第一个具有光电转换效率的钙钛矿太阳能电池器件。虽然其转换效率仅有3.8%，有效面积0.24平方厘米，并只稳定了几分钟，但为钙钛矿太阳能电池的后续发展奠基了不可磨灭的研发基础。2011年，韩国成均馆大学朴南圭（Nam-Gyu Park）课题组通过技术改进将转化效率提高到6.5%，但仍采用液态电解质，导致材料不稳定，几分钟后效率便削减了80%。钙钛矿真正引起学界广泛关注是2012年。当时，朴南圭团队首次报告了效率接近10%的全固态有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池，这被认为是钙钛矿太阳能电池发展历程中里程碑式的工作。也是这一年，英国的亨利斯奈斯（Henry Snaith）团队首次将氯元素引入钙钛矿中，并使用无机化合物氧化铝（Al?O?）替代无机化合物二氧化钛（TiO?），证明钙钛矿不仅可作为光吸收层，还可作为电子传输层，得到电池效率10.9%。2013年，斯奈斯等人采用共蒸发方法制备钙钛矿薄膜，形成了一种全新的平面异质结电池，效率达到15.4%，引起世界瞩目。有机-无机卤化铅钙钛矿也因此成为新兴的光伏材料。“2014年以前，大家研究的是有机-无机杂化的钙钛矿，里面既有机小分子，也有无机重金属，还有卤素。研究人员测试后发现这种材料在制备工艺上与有机光电半导体相似，但它的光电特性又像无机材料。”中国科学院上海光学精密机械研究所（下称上海光机所）薄膜光学实验室主任、研究员邵宇川向澎湃科技（www.thepaper.cn）介绍道，“当时，新一代光伏太阳能电池课题组的研究方向主要包括染料敏化太阳能电池、量子点太阳能电池、有机太阳能电池。这三种电池结构各不相同，神奇的是，把钙钛矿 ‘塞到’这三种电池中，不需要改变器件结构，电池都可以高效工作，钙钛矿研究领域一下子就火了。”钙钛矿的火热也让研究人员开始关注其本身的机理和光电特性，邵宇川介绍，到2016年，通过生长世界上第一个大尺寸钙钛矿单晶，科学家已能清楚表征钙钛矿材料本征的光电特性，人们可以根据不同的应用需求改变钙钛矿器件结构，提升效率和稳定性。一种“三明治”结构的新型光伏电池如果说，第一代太阳能电池的光电转换材料主要是硅这种间接带隙半导体，第二代太阳能电池的光电转换材料升级成砷化镓、碲化镉、铜铟镓硒等直接带隙半导体，那么第三代太阳能电池的光电转换材料就包括兼具高效率和低成本制备优势的钙钛矿。这种新型光伏电池与传统晶硅电池相比，不但具有弱光性能好、质量轻等特性，还可拓展应用于柔性光伏和半透明光伏领域。钙钛矿对光的吸收能力强，光谱吸收范围广，即使在室内等弱光条件下，钙钛矿仍能保持较高的光电转换效率，而传统晶硅电池由于其带隙较窄，弱光下的发电效率较低。钙钛矿电池能够承受宇宙射线辐射，因此临近空间（距地面20公里-100公里的空域）的平流层飞艇也可以使用这种电池。钙钛矿太阳能电池结构就像三明治，一般由透明导电电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属电极5部分组成。其中，位于中间的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层是钙钛矿电池最基本的三个功能层。当太阳光照在钙钛矿电池上，太阳光光子能量大于带隙时，钙钛矿层吸收光子产生“电子—空穴对”。电子传输层将分离出来的电子传输到负极上；空穴传输层将与电子分离的空穴传输到正极上，进一步在外电路形成电荷定向移动，从而产生电流，光能转换为电能。按照电子传输层和空穴传输层的位置分布，钙钛矿太阳能电池器件结构可以分为正置结构（n-i-p，电子传输层-钙钛矿层-空穴传输层）和倒置结构（p-i-n，空穴传输层-钙钛矿层-电子传输层）。从研发和产业化的主流技术路线来看，目前钙钛矿电池主要有单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池。其中，单结钙钛矿电池只有钙钛矿本身的“三明治”结构，而叠层钙钛矿电池又包括晶硅/钙钛矿叠层电池、全钙钛矿叠层电池、薄膜电池（如铜铟镓硒）/钙钛矿叠层电池等。钙钛矿电池上游核心设备供应商上海德沪涂膜设备有限公司董事长王锦山告诉澎湃科技（www.thepaper.cn），单结钙钛矿电池是所有钙钛矿电池产品形态的基础，理论转换效率可达33%，实验室最高认证效率目前为25.8%，“也有团队在研究晶硅和钙钛矿的叠层，理论上转换效率在40%左右，目前实验室最高已达33.2%。钙钛矿和钙钛矿的叠层研究也有人在做，理论转换效率可以做到50%以上。”南京大学现代工程与应用科学学院教授谭海仁及其创办的仁烁光能（苏州）有限公司正在从事钙钛矿和钙钛矿的叠层研究和产业化。根据公开资料，仁烁光能全钙钛矿叠层电池稳态光电转换效率达29.0%。今年2月，仁烁光能建设的全钙钛矿叠层光伏组件研发线投产，组件尺寸30*40c㎡，目前10MW（兆瓦）研发中试线已全线跑通，其投建的150MW量产线计划2023年底完成600mm*1200mm组件出片。“底下是硅电池，上面是钙钛矿电池，光打下去以后，短波长的光被钙钛矿吸收了，长波长的光被硅吸收了，所以晶硅钙钛矿叠层电池的转换效率非常高。”邵宇川表示，同样的，全钙钛矿叠层电池效率高，相比于晶硅电池更具有柔性特征，但工艺难度也更大。大面积应用的效率、稳定性、寿命三座大山近年来，钙钛矿太阳能电池研发和产业化取得了显著进展，光电转换效率从2009年的3.8%提高到今天的25%以上，寿命也从2012年的5分钟延长到如今1000小时以上，这种新兴的光伏技术引得资本争相入局。但在成为具有竞争力的商业技术之前，钙钛矿太阳能电池仍然存在诸多挑战，距离硅电池超过20年的使用寿命仍有差距。中国科学院院士白春礼去年12月则表示，钙钛矿电池是电化学储能的新方向，但存在稳定性较差和大面积应用时的效率损失两个短板，成为当前研究热点之一。从事钙钛矿电池技术研发和商业化应用的深圳无限光能技术有限公司（下称“无限光能”）创始人兼CEO梁作对澎湃科技（www.thepaper.cn）表示，稳定性、效率衰减、寿命其实是一个概念，稳定性好意味着寿命长。在钙钛矿电池的生产中，镀膜、激光刻蚀、封装是三大核心工艺环节。镀膜阶段要制备均匀、无孔洞的钙钛矿层薄膜。在激光干刻阶段，通过多道激光刻蚀构建钙钛矿电池中的电路结构，把多个钙钛矿电池单元串联成组件。钙钛矿光伏材料怕水怕空气，而封装技术和钙钛矿电池寿命、稳定性紧密相关。王锦山介绍，镀膜阶段，钙钛矿层制备必须精确控制厚度和平整度，其中厚度为400纳米-800纳米，平整度偏差小于等于±5%，制备方法之一是使用真空蒸镀形成薄膜，其二也可以使用低成本的溶液法，通过狭缝涂布技术成膜、结晶，成膜和结晶的物理和化学一致性好坏决定了面板的发电效能。“变成晶体的过程不难，但在大尺寸上实现物理变化诱导的成核/结晶高度化学一致性比较难。如果解决了这个难题，就基本实现了大面积单结钙钛矿的产业化。”“从实验室的平方厘米小尺寸到产业化的大尺寸，钙钛矿成膜会出现不可避免的不同程度缺陷，导致致密性不高，导电传输效率降低，这是钙钛矿电池产业化的最大挑战。从寿命上来说，钙钛矿电池与晶硅电池有本质差别，要延长钙钛矿电池的寿命，封装技术是关键，要提高封装胶的阻隔效应，防止透水透气。”王锦山表示。而成本是一个综合性问题，与设备投入、电池寿命、光电转换效率、产能均相关。王锦山表示，尽管目前产业界已经建立了钙钛矿电池中试线，但仍处于试验和爬坡阶段，由于最终的技术路线尚未完全确定，技术也没有达到可以变成产品的程度，因此钙钛矿电池成本目前还只是从理论上计算。从设备投入成本来讲，溶液法这样的湿法方式比干法便宜30%-50%甚至更多，“相比干法成膜，湿法设备不需要使用耗能的真空泵，占地小，后期维护简单，也不需要金属/金属氧化物等昂贵靶材，从运营成本上来讲，湿法成膜更加经济。”“未来努力的方向包括提高钙钛矿电池的寿命、降低成本，注重环境友好性，防止铅泄漏。小面积钙钛矿电池效率已经做得非常好了，大面积的效率还要继续努力。”邵宇川认为，减少钙钛矿电池大面积应用时的效率损失，要从生产的均匀性、工艺的固化等方向努力。从成本上考虑，采用溶液法制备钙钛矿层价格便宜，但还存在均匀性问题，理论上可以解决，目前业内也在努力，通过组分、工艺、溶剂配比以及生产环境的调控，提高生产的稳定性。

2月15日，浙江省衢江区钙钛矿集中式光伏电站一期项目暨全球首个钙钛矿地面光伏电站开工仪式在后溪镇举行。衢江区钙钛矿集中式光伏示范电站一期项目占地约250亩，装机容量12兆瓦，计划总投资6000万元，是全球首个钙钛矿地面光伏电站。一直以来，钙钛矿光伏电池被誉为水论文的神器，养活了一大批实验室，有网友戏称“思路不清晰，加点石墨烯。投稿不顺畅，涂点钙钛矿。”甚至有人断言钙钛矿是“科研灌水热门课题方向！毫无工业价值！”据统计，2020年，钙钛矿发表了一共17篇Nature和Science。但实际上，钙钛矿是一个非常值得研究的体系。钙钛矿是指一类陶瓷氧化物，其分子通式为ABO₃ ，此类氧化物最早被发现，是存在于钙钛矿石中的钛酸钙(CaTiO₃)化合物，因此而得名。钙钛矿结构的化学通式为ABX₃，由于此类化合物结构上有许多特性，在材料相关方面应用及研究甚广。钙钛矿的第一篇文章是2009年横滨大学宫坂组发布。当时这个系统的光伏发电效率可以做到2%～3%。而钙钛矿之所以吸引人，是因为钙钛矿的最高效率已经达到29%左右。而传统的硅基电池（以及化合物半导体基太阳能电池），从1960年代到现在做了60年，最高效率也就28%左右。钙钛矿的厉害，就在于不到10年，就走了传统电池60年的路。而这主要得益于钙钛矿电池的分子具有非常好的光吸收性能。更难能可贵的是，钙钛矿所需的原材料储量丰富，制备工艺简单且可以采用低温、低成本的工艺实现高品质的薄膜。看起来如此优秀的一种材料为何被认为缺乏工业价值？这主要是由于其结构脆弱，在外力作用下容易碎裂，也无法耐受高温和高湿度（遇水分解），还有一定的毒性和污染，不符合太阳能电池长期户外运作的要求，以上因素使得钙钛矿电池的产业化受到巨大的限制，可能性和成功率也非常低。全球首个钙钛矿光伏地面电站项目的开工标志着光伏行业最令人期待的新一代钙钛矿技术迈向了成熟，有望成为全球光伏行业的里程碑和新开端。此项目的建设单位纤纳光电成立于2015年，创立初期以钙钛矿新材料研发、钙钛矿电池效率提升为研究重点，之后围绕着钙钛矿批量生产、组件稳定性等商业化核心研究展开探索，建有全球首个钙钛矿生产基地，首条100MW规模化产线。相关产品包括大面积高效钙钛矿组件、钙钛矿彩色光伏组件、钙钛矿轻质组件和叠层组件等多个产品系列，应用范围覆盖地面电站、工商业电站、建筑光伏一体化等集中式、分布式和低碳多能互补场景。2017年12月27日，杭州纤纳光电公司宣布其钙钛矿太阳能微组件经过美国Newport认证，效率达到17.4%，这一结果打破了该公司此前保持的效率记录。目前纤纳光电已7次刷新钙钛矿组件光电转换效率的世界纪录，经权威太阳能电池效率测试机构日本电气安全与环境科技研究所（JET）测试认证，纤纳钙钛矿太阳能小组件在稳态功率输出下的效率达到21.4%，19.32cm²。还是全球首家且唯一一家获得钙钛矿组件稳定性测试报告的机构。

【研究背景】钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于其在单结构、小尺寸设备上实现了超过26%的功率转换效率（PCE）而成为研究热点。然而，二维钙钛矿表面钝化层引入的问题在于，活性阳离子在热应力下易于迁移，导致钙钛矿结构的八面体连接破坏和膜的快速降解，限制了器件的长期稳定性和效率。为应对此挑战，美国西北大学Kanatzidis、Sargent和Marks团队开发了非二维钙钛矿配体策略，通过限制间隔物进入钙钛矿晶格来抑制表面离子迁移。这些策略成功地减少了高温环境下的性能损失，并且在大面积钙钛矿膜上展现出了更高的钝化效果。为了进一步提升阳离子扩散抑制效果，并最大化八面体网络的稳定性，研究人员引入了边缘-/面共享的设计元素，创新性地实现了类钙钛矿材料的设计。这些进展不仅拓展了钙钛矿体在高性能PSCs中的应用前景，还为深入理解和优化其组成、加工和电子特性提供了重要的设计指南。以上成果在“Nature”期刊上发表了题为“Two-dimensional Perovskitoids Enhance Stability in Perovskite Solar Cells”的最新论文。【科学亮点】（1）首次在钙钛矿领域引入了类钙钛矿结构，这是一种具有较为健壮的有机-无机混合结构，通过边缘/面共享设计元素来抑制阳离子迁移。（2）实验结果显示，类钙钛矿/钙钛矿异质结构相比传统的二维/三维钙钛矿，能够显著抑制阳离子的迁移。通过增加钙钛矿体的维度，特别是引入边缘-/面共享设计，提高了八面体连接性和垂直于平面的取向，有效改善了与三维钙钛矿表面的电荷传输效率。（3）进一步分析表明，采用A6BfP等类钙钛矿作为钙钛矿表面的钝化剂，能够有效修饰钙钛矿表面，形成均匀的大面积钙钛矿膜，并且在厘米级PSCs上实现了高达24.6%的准稳态转换效率。此外，钙钛矿体/钙钛矿异质结构在85°C下稳定运行1250小时，表明其在实际应用中具有良好的稳定性和持久性。【图文解读】图1：类钙钛矿材料的设计与合成。图2：类钙钛矿材料/钙钛矿异质结构的构建。图3：2D类钙钛矿/3D钙钛矿异质结的光电特性。图4：钙钛矿太阳电池的光伏性能和稳定性。【结论展望】本文通过设计和合成具有边缘/面共享结构的类钙钛矿，有效地解决了传统二维钙钛矿表面钝化层在高温条件下易发生的阳离子迁移问题。传统的二维钙钛矿表面钝化层存在着阳离子在二维和三维钙钛矿层之间迁移的风险，这不仅降低了太阳能电池（PSCs）的效率，也影响了其长期稳定性。而通过引入类钙钛矿，特别是具有多维度结构的A6BfP 类钙钛矿，有效增强了其与三维钙钛矿表面的接触效率，通过增强的八面体连接性和垂直取向，改善了电荷传输效率，同时抑制了阳离子的迁移现象。这一创新设计不仅提高了PSCs的性能，还证实了其在高温环境下的长期稳定性，为解决太阳能电池材料在复杂工作条件下的实际应用问题提供了新的理论和实验基础。此外，本研究展示了通过精确设计分子结构，尤其是通过增加分子内部的体积分离距离，为类钙钛矿提供更有效的钝化功能，为未来高效率、长寿命PSCs的开发提供了有力的指导。文献信息：Liu, C., Yang, Y., Chen, H. et al. Two-dimensional Perovskitoids Enhance Stability in Perovskite Solar Cells. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07764-8

【科学背景】随着太阳能技术的快速发展，钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其高效能和低成本制造引起了广泛关注。钙钛矿材料作为下一代光伏材料，单结PSCs的转换效率已经超过了26%，显示出巨大的潜力。然而，钙钛矿太阳能电池在商业化应用中仍面临许多挑战，其中最关键的是操作稳定性问题。尽管当前的研究在提高初始效率方面取得了显著进展，但要实现与硅基太阳能电池相媲美的使用寿命，还有许多技术难题需要克服。钙钛矿材料存在许多离子缺陷，这些缺陷在制造和使用过程中会影响器件性能和稳定性。为了解决这些问题，科学家们开发了多种表面处理策略，如铅氧盐、离子液体、自组装单分子层和二维钙钛矿层等。这些方法在一定程度上提高了钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。然而，这些处理方法通常仅在制造阶段有效，难以在设备操作和储存过程中处理新生成的缺陷。而环境应力因素（如湿度、热量和光照）会加剧这些缺陷的形成，进一步影响设备的长期稳定性。为此，香港城市大学冯宪平教授与牛津大学Henry J. Snaith教授等科学家们提出了一种“活性处理剂”的概念，通过包含动态共价键（DCBs）的材料来实现钙钛矿的动态修复。这种方法不仅在制造过程中对钙钛矿薄膜进行处理，还能在设备操作和储存期间持续发挥作用。具体来说，科学家们利用一种含有阻滞尿素/硫代氨基甲酸酯键（HUBLA）的Lewis酸碱材料，这种材料在水和热的作用下能够生成新的活性剂，动态钝化钙钛矿中的缺陷，从而提高设备的性能和稳定性。本研究中，HUBLA材料被用于钙钛矿太阳能电池的表面处理。在暴露于湿气或热量时，HUBLA会生成新的活性剂，进一步钝化钙钛矿中的缺陷。实验结果表明，这种处理策略显著提升了钙钛矿太阳能电池的性能，器件的转换效率达到了25.1%。此外，在氮气环境下85°C的条件下，经过约1500小时的老化测试，HUBLA处理的设备保持了其初始PCE的94%；在空气中85°C和相对湿度30%的条件下，经过1000小时的老化测试，设备保持了其初始PCE的88%。【科学亮点】1. 实验首次提出了实时响应的钙钛矿表面处理策略：利用含有动态共价键（DCBs）的HUBLA材料，该材料在水和热的激活下可以动态修复钙钛矿，从而增强器件的性能和稳定性。这种策略不仅在制造过程中对沉积的钙钛矿薄膜进行处理，还在器件制造后继续发挥作用。2. 实验通过HUBLA及其生成物实现了高效能器件：&bull 通过HUBLA材料与钙钛矿光电活性层中的离子缺陷发生反应，生成新的钝化剂，从而钝化缺陷并提高器件性能。&bull HUBLA材料在暴露于湿气或热量的情况下，可以释放额外的Lewis碱，进一步钝化钙钛矿中的缺陷。这一特性使得器件能够在环境应力下自我修复，保持高效能。3. 实验结果表明，使用HUBLA的钙钛矿太阳能电池（PSC）性能显著提高：&bull 实验实现了转换效率（PCE）达到25.1%的高性能钙钛矿太阳能电池。&bull HUBLA设备在氮气环境中85°C下经过约1500小时的老化测试，仍能保持其初始PCE的94%。&bull 在空气中85°C和相对湿度30%的条件下，经过1000小时的老化后，HUBLA设备仍能保持其初始PCE的88%。4. 提出了一种新型的“活性处理剂”概念：HUBLA材料通过动态共价键技术，在器件操作和存储期间响应环境应力动态修复钙钛矿，从而提升了器件的稳定性和长期性能。这种方法为解决钙钛矿太阳能电池中因环境应力导致的性能衰退问题提供了一种有效的新途径。【科学图文】图1：HUBLA 的动态反应、水解和氧化还原穿梭。图2. 钙钛矿薄膜上HUBLA的动态反应和钝化。图3. 钙钛矿薄膜的稳定性。图4：钙钛矿光伏电池的性能和稳定性。【科学结论】本文开发并应用了一种新型的动态共价键材料——阻滞尿素/硫代氨基甲酸酯键（HUBLA），用于改善钙钛矿太阳能电池（PSC）的性能和稳定性。传统上，钙钛矿材料由于其在湿热环境下易于形成缺陷而限制了其长期稳定性，这对其商业化应用构成了挑战。HUBLA的引入不仅使得钙钛矿能够在制造过程中得到更好的控制，还能在器件使用后动态地修复新生成的缺陷。通过与水和热的相互作用，HUBLA能够释放出新的活性剂，进一步钝化钙钛矿中的离子缺陷，从而显著提升了器件的长期稳定性和性能。具体来说，实验结果显示，经过HUBLA处理的钙钛矿太阳能电池在高温和潮湿条件下的长期老化测试中，保持了高达94%的初始转换效率（PCE），表明其在应对恶劣环境条件下的优越性能。未来，基于动态共价键的表面处理策略可能不仅局限于太阳能电池领域，还有望在其他光电器件以及功能性材料的设计和性能优化中发挥重要作用，推动能源技术的进步和应用拓展。原文详情：Wang, WT., Holzhey, P., Zhou, N. et al. Water- and heat-activated dynamic passivation for perovskite photovoltaics. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07705-5

中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所、中国科学院光伏与节能材料重点实验室潘旭研究员和田兴友研究员团队与韩国成均馆大学Nam-Gyu Park教授、华北电力大学戴松元教授合作，成功在反式钙钛矿太阳电池研究方面取得新突破。研究团队首次发现钙钛矿阳离子面外分布不均匀是影响电池性能的主要原因，并通过设计1-（苯磺酰基）吡咯（PSP）作为添加剂均匀化钙钛矿薄膜相分布，获得了26.1%的光电转换效率（PCE）。相关成果于2023年11月2日加速在线发表（AAP）在《自然》（Nature）杂志上。 钙钛矿太阳电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于新概念太阳能电池，经过多年发展，传统的界面钝化及结晶调控方法很大程度上推动了电池效率的提升，但近年来相关研究中该电池效率的提升速度明显放缓，相关研究遇到了“瓶颈”。科研人员发现，钙钛矿薄膜内往往不可避免的会发生相分离现象，研究团队前期工作表明有效管理卤素相分离有助于提高器件性能（Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 2213932）。高效率钙钛矿材料往往通过采用纯碘体系下的阳离子掺杂组分获得，尤其是FA1-xCsxPbI3体系，不同的阳离子组分在钙钛矿体相面外方向的分布对钙钛矿体相载流子扩散及界面抽取至关重要。深入研究阳离子面外方向分布，不但有助于理解钙钛矿体相载流子动力学过程，更有望推动钙钛矿太阳电池效率的进一步提升。但是钙钛矿体相的不同阳离子组分分布、以及影响电池稳定性和效率损失的原因目前尚不清楚。 基于此，研究团队从FA1-xCsxPbI3体系出发，通过元素定量分析研究了甲脒（FA）与铯（Cs）阳离子的纵向分布，结合飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）与X射线光电子谱（XPS），深度剖析发无机Cs阳离子倾向于沉积在薄膜底部，有机FA阳离子在薄膜上界面处富集。在此基础上，研究团队对钙钛矿薄膜晶相分布进行了深度剖析，通过掠入射X射线衍射（GIXRD）与薄膜截面的透射电镜（TEM）分析，证明了在薄膜底部存在面间距较小的晶相，并且在薄膜底部显示出与富Cs钙钛矿相关的特征信号。这些实验充分说明阳离子面外方向的梯度不均匀分布，这也是首次可视化验证了钙钛矿薄膜的阳离子组分在面外不均匀分布。 研究团队通过原位试验方法进一步分析了这种梯度不均匀分布的原因，发现不同阳离子在结晶及相转变过程中的速率差过大是导致组分不均匀的主要原因。进而，团队设计了PSP分子以弥补不同阳离子间的结晶与相转速率差，制备出均匀化的钙钛矿薄膜。这种阳离子组分均匀分布的钙钛矿薄膜有效抑制了由底部富Cs相带来的准I型能级排列，极大程度上提升了载流子寿命及扩散长度，加强了载流子界面抽取。 研究团队利用PSP策略制备的反式钙钛矿太阳电池获得了26.1%的最高效率，认证效率为25.8%。此外，经2500小时最大功率电追踪后（MPPT），未封装的器件仍保持其初始 PCE 的 92% 的可靠运行稳定性。该研究工作表明，通过均匀化钙钛矿组分面外分布可获得优异电池性能，开辟了提升电池器件稳定性的新途径，有望打破钙钛矿太阳电池的效率瓶颈，为进一步提升高效、稳定的钙钛矿太阳电池提供了明确的方向，对推动PSCs走向商业化发展具有重要意义。 中国科学院合肥物质院固体所博士研究生梁政为该论文第一作者，南方科技大学章勇博士、固体所博士研究生徐慧芬为共同第一作者，固体所潘旭研究员为论文的第一通讯作者，固体所叶加久博士、成均馆大学Nam-Gyu Park教授和华北电力大学戴松元教授为论文的共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、安徽省杰出青年基金、合肥物质院院长基金等项目资助。 文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06784-0 科研人员在检测电池器件性能（图片来源于中国科学院合肥物质科学研究院）