太阳能电池前沿每周精选丨0729-0804
纳米人 纳米人 2019-08-11

1. 维尔茨堡大学Angew: 15.95%效率!高性能非富勒烯有机太阳能电池

维尔茨堡大学Frank Würthner团队通过将四个羟基(HO)引入两个二酰亚胺(PBI)中,获得了新的HO-PBI配体,其在去质子化后可以络合Zn(II)离子并使半导体ZnO薄膜光敏化。这种配位有利于将PBI光敏剂分子均匀地分散到金属氧化物膜中,以制造用于有机太阳能电池的有机-无机混合界面层。基于ZnO:HO-PBI界面层的光电导效应,富勒烯和非富勒烯聚合物太阳能电池器件实现了电子收集和输送能力的提升,使得非富勒烯太阳能电池效率高达15.95%。

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Wen, X. , Nowak-Król, A. , Nagler, O. , Kraus, F. , Zhu, N. , Zheng, N. , Müller, M. , Schmidt, D. , Xie, Z. and Würthner, F. (2019), Tetrahydroxy‐Perylene Bisimide Embedded in Zinc Oxide Thin Film as Electron Transporting Layer for High Performance Non‐fullerene Organic Solar Cells. Angew. Chem. Int. Ed.. 2019

DOI: 10.1002/anie.201907467.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201907467

 

2. 韩国研究团队AEM: 绿色溶剂加工三元共混有机光伏电池

韩国蔚山国立科技学院Young Kim浦项工科大学Taiho Park团队通过绿色溶剂工艺研究由UV可交联半导体聚合物(P2FBTT-Br)和非富勒烯受体(IEICO-4F)制备的三元共混有机光伏(OPV)中的老化损失。合成的P2FBTT-Br可以通过紫外线照射交联150秒,并且由于其不对称结构而溶解在2-甲基苯甲醚中。

 

在75°C或AM 1.5G太阳光下进行90小时的OPV性能和老化损耗测试中,带有PC71BM的紫外交联设备显示9.2%的效率(PCE),并且比空白组具有更好的抗老化损失稳定性。由交联产生的冷冻形态防止了与形态降解相关的横向结晶和聚集。当引入IEICO-4F代替基于富勒烯的受体时,由于冷冻形态和非富勒烯受体的高混溶性,由于热老化和光照导致的老化损失被明显抑制。

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Lee, J., Kim, J. W., Park, S. A., Son, S. Y., Choi, K., Lee, W., Kim, M., Kim, J. Y., Park, T., Study of Burn‐In Loss in Green Solvent‐Processed Ternary Blended Organic Photovoltaics Derived from UV-Crosslinkable Semiconducting Polymers and Nonfullerene Acceptors. Adv. Energy Mater. 2019, 1901829.

DOI: 10.1002/aenm.201901829

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901829

 

3. 浙大&电子科大AEM:通过共轭小分子促进有机-ZnO异质结,实现高效稳定的有机太阳能电池

有机金属氧化物异质界面中的电荷输运情况影响聚合物太阳能电池(PSC)的整体性能和稳定性。电子科技大学Jiang Huang浙江大学Chang‐Zhi Li团队开发了一种利用新型小分子自组装单分子膜(SAMs)的有效界面策略,以改善非富勒烯PSC的有机分子-氧化锌(ZnO)界面的电子和电学以及化学性质。

 

结果表明,具有良好控制的能级和分子偶极子的制备SAM可以有效地优化异质界面的能量势垒和功函数(WF),以实现最佳的电子提取。此外,在ZnO顶部引入SAM不仅有利于n界面接触,而且还有助于ZnO的光催化活性的钝化,从而改善衍生的非富勒烯PSC的整体性能和光稳定性。

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Liu, H., Liu, Z.‐X., Wang, S., Huang, J., Ju, H.‐X., Chen, Q., Yu, J., Chen, H., Li, C.‐Z., Boosting Organic–Metal Oxide Heterojunction via Conjugated Small Molecules for Efficient and Stable Nonfullerene Polymer Solar Cells. Adv. Energy Mater. 2019, 1900887.

DOI: 10.1002/aenm.201900887

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201900887

 

4. 黄劲松Science: 稳定!!!铅氧化物稳定钙钛矿电池

黄劲松团队通过将钙钛矿与硫酸盐或磷酸盐离子反应,将卤化铅钙钛矿表面转化为水不溶性铅(II)氧盐,可以有效地稳定钙钛矿表面和体相材料。这些封端铅氧化物薄层通过形成强化学键来增强钙钛矿薄膜的耐水性。宽带隙铅氧化物层还通过钝化未对称的表面引线中心(其是缺陷成核位点)来降低钙钛矿表面上的缺陷密度。 铅氧化物层的形成增加了载流子复合寿命并将太阳能电池的效率提高到21.1%。 在AM 1.5G照射下,铅氧化物层稳定的封装器件在65℃稳定输出1200小时,保持其初始效率的96.8%。

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Stabilizing halide perovskite surfaces for solar cell operation with wide-bandgap lead oxysalts, Science,2019

DOI: 10.1126/science.aax3294

https://science.sciencemag.org/content/365/6452/473

 

5. 犹他大学Angew: 硼酸小分子交联稳定MAPbI3钙钛矿

钙钛矿太阳能电池的效率已高达24.2%。对水分,紫外线照射,热和钙钛矿层及其各种器件界面的偏压的稳定性差,限制了该材料在户外应用中的商业可行性。犹他大学Luisa Whittaker Brooks团队研究了当金属卤化物钙钛矿晶体与烷基或π-共轭硼酸小分子(-B(OH)2)交联时诱导的氢键相互作用的相互作用。在连续光照射和湿气暴露下,研究了交联的钙钛矿晶体。

 

这些研究表明,烷基或π-共轭交联分子之间相互作用的起因是由于交联剂的-B(OH)2末端基团与钙钛矿[PbI6]4-八面体的I-之间的氢键作用。而且,这种相互作用影响钙钛矿层对湿气和紫外线照射的稳定性。在黑暗和光照条件下,形态和结构分析等研究表明,π-共轭硼酸分子是钙钛矿晶体比烷基链更有效的交联剂,因此赋予钙钛矿的光和水更好的稳定性。 

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Nimens, W. ., Lefave, S. ., Flannery, L. , Ogle, J. , Smilgies, D. ., Kieber-Emmons, M. . and Whittaker Brooks, L. (2019), Understanding hydrogen bonding interactions in crosslinked methylammonium lead iodide crystals: towards reducing moisture and light degradation pathways. Angew. Chem. Int. Ed..

DOI: 10.1002/anie.201906017

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201906017

 

6. NREL:KRICT再次联手MIT25.2%效率!钙钛矿太阳能电池最新记录!!

根据美国国家能源部可再生能源实验室(NREL)最新的发布,单结钙钛矿太阳能电池的效率再创新高,小面积器件的效率高达25.2%,相较于之前的24.2%提高了1%!还是相同的单位为韩国化学技术研究所(KRICT)麻省理工学院(MIT)!!!

号外!界面钝化可能成主流策略!!!

在此之前KRICT报道22.7%的效率

(http://www.nanoer.net/e/action/ShowInfo.php?classid=4&id=8280), 

MIT也跟进23.4%效率的报道!

http://www.nanoer.net/e/action/ShowInfo.php?classid=4&id=9881

黄劲松团队的昨天Science!

http://www.nanoer.net/e/action/ShowInfo.php?classid=4&id=10504

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https://www.nrel.gov/pv/device-performance.html

 

7. NREL:中国企业刷新钙钛矿太阳能模组记录!!

根据美国国家能源部可再生能源实验室(NREL)最新的发布,大面积模组(200-800 cm2)效率接近12%,由中国企业——杭州纤纳光电科技有限公司创造!

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https://www.nrel.gov/pv/device-performance.html

 

8. JPCL: 基于湿度处理的高效CsPbI3-xBrx钙钛矿太阳能电池

全无机钙钛矿材料成为光电应用的潜在有希望的候选者。然而,它们对水分的不稳定性严重限制了未来的应用。因此,使钙钛矿薄膜具有耐湿性得到了广泛的关注。近日,华北电力大学Xiaolong LiuYinjie LiaoJianxi Yao联合陕西师范大学Shengzhong (Frank) Liu研究发现CsPbI3-xBrx(x <1)钙钛矿的结晶度和光电性能随着过量CsBr的存在和采用水分处理会增强。

 

通过使用额外量的CsBr获得CsI1-yBry / CsPbI3-xBrx的中间产物,并且通过水分处理逐渐演变成均匀的CsPbI3-zBrz层;CsI1-yBry与Pb2 +结合,形成新的(PbX64-八面体。归因于化学计量和结晶度的均匀性,水分处理的钙钛矿膜的光伏性能得到改善,开路电压从0.97增加到1.10V,功率转换效率从10.89增加到13.09%。

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Moisture Induced Crystallinity Improvement for Efficient CsPbI3-xBrx Perovskite Solar Cells with Excess Cesium Bromide. jPCL 2019.

DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b01822

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.9b01822

 

9. Nano Lett.: 一种新的用于稳定、高效的二维钙钛矿太阳能电池的间隔阳离子

二维(2D)钙钛矿材料显示出制造高效且稳定的太阳能电池器件的巨大可能性。由于有机层间隔物的可行选择,大量的结构多功能性有望实现新的和有价值的2D钙钛矿。

 

近日,上海科技大学Ke Meng、 Gang Chen将苯基三甲基铵(PTA +)成功地用作有机层间隔物以制备具有优异光电性质的2D Ruddlesden-Popper钙钛矿。通过在膜生长期间添加Cl离子,可以有效地制备具有可调晶体取向和膜形态的(PTA)2(MA)3Pb4I13钙钛矿膜。在Cl离子的帮助下制造的优化器件提供高达11.53%的功率转换效率,这归因于电荷转移电阻和缺陷诱导的电荷重组的同时降低。此外,基于PTA的2D钙钛矿太阳能电池表现出显着的环境和热稳定性。

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Li, Z. Meng, K. Chen, G. et al. A New Organic Interlayer Spacer for Stable and Efficient 2D Ruddlesden-Popper Perovskite Solar Cells. Nano Lett. 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01652

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.9b01652?rand=rax1kj5w

 

10. Angew: 减少高性能金属卤化物钙钛矿太阳能电池的有害缺陷

金属卤化物钙钛矿(MHP)由于其优异的光伏特性(例如,高缺陷耐受性)而引起极大关注,即使没有非常严格的膜生长控制处理(例如旋涂和刮涂)也可以实现。

 

近日,冲绳理工学院Yabing Qi联合中国科学院大连化学物理研究所Shengzhong (Frank) Liu深入讨论了MHP中的缺陷,例如(i)缺陷类型划分,(ii)缺陷密度,以及(iii)由这些缺陷导致的带隙内的能量位置。研究人员还重点讨论了钝化策略。为了进一步改善钙钛矿的光电功能,非常需要获得对MHP中缺陷性质的基本理解。在展望部分,研究人员概述了未来的研究方向,需要进一步调查以解决商业化的技术相关问题。

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Ono, L. K. Liu, S. Qi, Y. et al. Reducing Detrimental Defects for High-Performance Metal Halide Perovskite Solar Cells. Angew. 2019.

DOI: 10.1002/anie.201905521

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201905521

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