北京大學(xué)朱瑞教授、龔旗煌院士、北京航空航天大學(xué)羅德映、寧波東方理工大學(xué)Bing Han、劍橋大學(xué)Samuel D. Stranks、牛津大學(xué)Henry J. Snaith等報(bào)道通過(guò)相干的晶界策略，制備高質(zhì)量的微米厚度鈣鈦礦薄膜，這種相干晶界策略實(shí)現(xiàn)理論在高米勒指數(shù)的晶粒在低米勒指數(shù)晶粒上生長(zhǎng)，得到的晶界和晶粒增強(qiáng)，具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和優(yōu)異的光電性質(zhì)。分別制備了面積為1cm2和面積為5cm×5cm的模組，實(shí)現(xiàn)了24.3%和21.4%的效率。在春夏秋冬四個(gè)季節(jié)，都能夠得到非常好的工作性能。封裝后的器件在光/熱應(yīng)力下，都展示了優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。 圖1. 厚度性能預(yù)測(cè)和厚度調(diào)控圖2.相干晶面策略增強(qiáng)鈣鈦礦電池性能大面積的串聯(lián)鈣鈦礦電池具有商業(yè)化的前景，因此受到人們的廣泛關(guān)注，但是目前1cm2面積電池的認(rèn)證效率仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.1cm2的效率。這種性能降低來(lái)自于大面積寬能帶鈣鈦礦太陽(yáng)能電池通常難以保證均勻，不均勻的原因是鈣鈦礦底部的界面以及鈣鈦礦體相。有鑒于此，南京大學(xué)譚海仁教授、吉林大學(xué)張立軍教授、劍橋大學(xué)Samuel D. Stranks等報(bào)道發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致電子傳輸層（ETL, C60）頂部是導(dǎo)致電池不均勻的另一個(gè)關(guān)鍵因素。而且ETL界面較差同樣嚴(yán)重?fù)p害器件性能。作者引入4-氟苯乙胺（F-PEA）和4-CF3-苯銨（CF3-PA）構(gòu)筑二維鈣鈦礦層（TTDL）界面。其中，F(xiàn)-PEA能夠減少界面接觸損失和界面不均勻，CF3-PA能夠增強(qiáng)電荷的抽取和傳輸。使用1.77eV能帶構(gòu)筑面積為1 cm2串聯(lián)鈣鈦礦電池，得到1.35V開(kāi)路電壓，效率達(dá)到20.5%。堆疊窄能帶鈣鈦礦后，得到1.05 cm2的鈣鈦礦串聯(lián)太陽(yáng)能電池達(dá)到28.5 %的效率（認(rèn)證效率28.2%），是目前報(bào)道最好的一批器件。這項(xiàng)工作展示了鈣鈦礦/ETL界面處理對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池?cái)U(kuò)大規(guī)模的重要意義。圖3. 2D層狀鈣鈦礦增強(qiáng)薄膜和器件的均勻性 圖4. 全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池器件性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池目前正處于快速發(fā)展階段，但是目前仍然缺乏類似硅電池類似的系統(tǒng)性工作壽命研究方案。通常人們認(rèn)為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池能夠在非光照作用下發(fā)生自愈，因此在白天/黑夜循環(huán)過(guò)程中能夠增強(qiáng)穩(wěn)定性。有鑒于此，蘇州大學(xué)李永舫院士、李耀文教授、張曉宏教授、林雪平大學(xué)高峰教授等報(bào)道發(fā)現(xiàn)高性能的FAPbI3鈣鈦礦在自然狀態(tài)的白天/黑夜過(guò)程中發(fā)生更加快速的性能衰減，這個(gè)現(xiàn)象導(dǎo)致對(duì)人們廣泛接受的連續(xù)測(cè)試方式研究壽命的方法提出質(zhì)疑。作者發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦熱膨脹/收縮過(guò)程產(chǎn)生的晶格應(yīng)力能夠在連續(xù)照射的過(guò)程中逐漸消除，但是在光照/不光照的循環(huán)過(guò)程中，熱膨脹/收縮產(chǎn)生循環(huán)。這種周期性的晶格應(yīng)力變化導(dǎo)致深度缺陷的積累，而且在工作過(guò)程中分解，導(dǎo)致離子遷移電勢(shì)降低，器件的壽命因此減少。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)引入苯基硒酰氯（Ph-Se-Cl）能夠調(diào)控鈣鈦礦在白天/黑天循環(huán)過(guò)程產(chǎn)生的晶格應(yīng)力，認(rèn)證效率達(dá)到26.3 %，而且在白天/黑夜循環(huán)過(guò)程中T80壽命提高10倍。 圖5. 光照/黑暗循環(huán)過(guò)程導(dǎo)致更快速性能衰減圖6. Ph-Se-Cl鈍化電池的穩(wěn)定性測(cè)試近些年鈣鈦礦能夠用于串聯(lián)太陽(yáng)能電池，克服單節(jié)太陽(yáng)能電池的Shockley–Queisser限制。特別是，鈣鈦礦/有機(jī)串聯(lián)太陽(yáng)能電池是由寬能帶鈣鈦礦和窄能帶有機(jī)太陽(yáng)能電池串聯(lián)，具有良好的穩(wěn)定性和高能量轉(zhuǎn)換效率。但是寬能帶鈣鈦礦電池通常比常規(guī)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有更高的電壓損失，因此限制了串聯(lián)太陽(yáng)能電池的性能。一個(gè)主要導(dǎo)致這個(gè)問(wèn)題的原因來(lái)自鈣鈦礦/C60界面的載流子復(fù)合。開(kāi)發(fā)表面鈍化策略對(duì)于發(fā)展高效率的鈣鈦礦/有機(jī)太陽(yáng)能電池非常重要。 有鑒于此，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所李永舫院士、孟磊教授，德國(guó)波茨坦大學(xué)Felix Lang等報(bào)道一種新型表面鈍化分子，環(huán)己烷1,4-二胺二碘（CyDAI2）。這個(gè)分子天然具有兩個(gè)異構(gòu)體結(jié)構(gòu)，cis-CyDAI2和trans-CyDAI2，并且表現(xiàn)不同的表面相互作用。Cis-CyDAI2鈍化處理能夠準(zhǔn)減少費(fèi)米能級(jí)分裂（QFLS, Quasi–Fermi level splitting）-開(kāi)路電壓失配，將開(kāi)路電壓提高至1.36V。使用cis-CyDAI2處理鈣鈦礦，并且與能帶為1.24eV的有機(jī)層結(jié)合，構(gòu)筑的鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽(yáng)能電池達(dá)到26.4%的效率（認(rèn)證效率25.7%）。 圖8. Cis-CyDAI2處理鈣鈦礦構(gòu)筑鈣鈦礦-有機(jī)疊層太陽(yáng)能電池的性能Li, S., Xiao, Y., Su, R. et al. Coherent growth of high-Miller-index facets enhances perovskite solar cells. Nature (2024).DOI:10.1038/s41586-024-08159-5https://www.nature.com/articles/s41586-024-08159-5Wang, Y., Lin, R., Liu, C. et al. Homogenized contact in all-perovskite tandems using tailored 2D perovskite. Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08158-6https://www.nature.com/articles/s41586-024-08158-6Jiang, X., Qin, S., Meng, L. et al. Isomeric diammonium passivation for perovskite–organic tandem solar cells. Nature (2024).DOI: 10.1038/s41586-024-08160-yhttps://www.nature.com/articles/s41586-024-08160-yShen, Y., Zhang, T., Xu, G. et al. Strain regulation retards natural operation decay of perovskite solar cells. Nature (2024).DOI: 10.1038/s41586-024-08161-xhttps://www.nature.com/articles/s41586-024-08161-x
