有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）自2009年被第一次報道其優(yōu)異的近期光伏性能，經(jīng)過十余年的鈦礦太陽迅速發(fā)展，最新認證的電牛光電轉換效率（PCE）已從最初的3.8%增長到25.5%。鈣鈦礦材料由于其優(yōu)異的池文材料光電性能，在太陽能電池、盤點發(fā)光器件等多個領域均有應用，近期接下來讓我們來看看近期發(fā)表在NS頂刊上的鈦礦太陽重要成果。

1, Atomic-scale microstructure of metal halide perovskite

鈣鈦礦太陽能電池的電牛光電轉換效率雖然節(jié)節(jié)攀高，但是池文材料由于鈣鈦礦本身對電子束等束流敏感，因此其微觀機理的盤點研究進展緩慢。該團隊通過原子級透射電子顯微鏡測試，近期成功獲得了FAPbI₃鈣鈦礦薄膜的鈦礦太陽原子級分辨照片，照片展示了高度有序的電牛原子陣列、清晰分明的池文材料晶界以及鈣鈦礦與PbI₂的交界面，同時沒有發(fā)現(xiàn)晶格中長程無序的盤點現(xiàn)象。在測試中作者發(fā)現(xiàn)由于電子束導致FA⁺離子損失，留下部分未被占用的鈣鈦礦晶格，隨后會進行重新排列，這也解釋了鈣鈦礦材料的再生過程。作者還進一步觀察了FAPbI₃中點缺陷和位錯的性質，對之后鈣鈦礦中的機理研究具有非常重大的指導意義。

2, Vapor-assisted deposition of highly efficient, stable black-phase FAPbI₃perovskite solar cells

在鈣鈦礦太陽能電池FAPbI₃體系中，相當多的研究報道在鈣鈦礦中引入陽離子或鹵素離子可以有效提高光電轉換效率，但是會使得帶隙變寬同時影響電池的穩(wěn)定性能。本文基于FAPbI₃體系，提出了一種新的處理方法，將FAPbI₃的δ相置于MASCN或者FASCN的蒸汽中，制備得到FAPbI₃的純α相，核磁共振測試表明MA已經(jīng)進入鈣鈦礦晶格中，分子動力學模擬結果顯示SCN^-離子有效促進α相的形成和穩(wěn)定。基于上述制備方法所得薄膜制備鈣鈦礦太陽能電池，最終獲得了大于23%的光電轉換效率，電池也具備優(yōu)良的穩(wěn)定性能。本篇文章揭示了SCN^-離子是穩(wěn)定α-FAPbI₃的關鍵，對于FAPbI₃基鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展非常重要，同時該體系的高電壓和高外量子效率也表明FAPbI₃鈣鈦礦材料可能適用于發(fā)光二極管和光電探測器領域。

3, Impact of strain relaxation on performance of a-formamidinium lead iodide perovskite solar cells

離子摻雜是穩(wěn)定α-FAPbI₃鈣鈦礦的重要方法，在引入其他離子后，通常會對帶隙、載流子動力學、穩(wěn)定性以及晶格微應力產(chǎn)生非常大的影響，甚至導致缺陷位點的產(chǎn)生。本文通過在A位引入Cs⁺和MDA⁺離子，發(fā)現(xiàn)在摻雜一定量的情況下，晶格應力減小，載流子壽命延長，烏爾巴赫能和缺陷密度降低。最終獲得了認證效率達到24.4%的FAPbI₃基鈣鈦礦太陽能電池，未封裝的電池器件在85℃的熱穩(wěn)定測試過程中（避光），在1300h之后仍能保持初始效率的80%以上。

4, Stable perovskite solar cells with efficiency exceeding 24.8% and 0.3-V voltage loss

迄今為止，綜合考慮制備工藝以及與鈣鈦礦的能級匹配程度，Spiro-OMeTAD仍然被認為是最高效的空穴傳輸材料，本文設計了兩種Spiro-OMeTAD的氟化異構類似物Spiro-mF和Spiro-oF，通過實驗、原子級和理論的相關測試分析，最后獲得了光電轉換效率高達24.82%的電池（認證效率為24.64%）；未封裝的電池器件在潮濕環(huán)境的穩(wěn)定性測試過程中，在500h之后仍能保持初始效率的87%；1cm²大面積電池也獲得了22.31%的光電轉換效率。

5, A fabrication process for flexible single-crystal perovskite devices

本文通過基于溶液的光刻輔助外延生長和轉移方法，可以在任意襯底上制備單晶鈣鈦礦薄膜，薄膜厚度可以在~600nm到~100μm范圍內(nèi)精確控制，面積最大可達到5.5cm×5.5cm范圍，以及沿厚度方向上的成分梯度分布（以甲基鉛碘為例，摻雜Sn²⁺離子時，鈣鈦礦由MAPbI₃過渡至到MAPb_0.5Sn_0.5I₃）。轉移的單晶鈣鈦礦薄膜質量可與直接生長在外延襯底上的薄膜質量相媲美，而且一定厚度的薄膜具有非常好的柔性。Pb-Sn基單晶鈣鈦礦擁有逐漸過渡的能帶結構，可以有效提高載流子遷移能力同時阻礙載流子的復合。基于這種單晶鈣鈦礦所組裝的電池，不僅表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性能，同時還獲得了優(yōu)秀的光電性能，Pb-Sn基鈣鈦礦太陽能電池最后獲得了18.77%的平均光電轉換效率。

6, A piperidinium salt stabilizes efficient metal-halide perovskite solar cells

器件穩(wěn)定性一直是鈣鈦礦太陽能電池研究的重點，我們通過在Cs_0.17FA_0.83Pb(I_0.77Br_0.23)₃鈣鈦礦中引入一種[BMP]⁺[BF₄]^-基的添加劑，調(diào)整能帶結構與硅串聯(lián)電池更為匹配，提高了開路電壓和電池效率。這種添加劑同時也延緩了薄膜中雜質相和針孔的產(chǎn)生。在之后的穩(wěn)定性測試過程中，未封裝器件在60℃和85℃的加熱條件下，在1010h和1200h內(nèi)可保持80%的峰值效率，而封裝器件穩(wěn)定在95%，有效提高了器件穩(wěn)定性。

7, Gas chromatography–mass spectrometry analyses of encapsulated stable perovskite solar cells

本文通過氣相色譜-質譜（GC-MS）揭示了有機-無機雜化鈣鈦礦在熱條件下分解的揮發(fā)性產(chǎn)物，證實了一種低成本的聚合物/玻璃疊層封裝方法的有效性，可使電池通過(IEC) 61215:2016的濕熱和濕度測試，這些測試可以判定電池組件是否滿足戶外工作條件，本文的密封方法可以有效阻擋水分子的進入，同時還可以阻止鈣鈦礦中大分子組分的揮發(fā)，大幅提高器件的穩(wěn)定性。

8, On-device lead sequestration for perovskite solar cells

鈣鈦礦太陽能電池作為高效低成本的光伏能源，在商業(yè)化過程中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。器件的穩(wěn)定性在研究者的努力下已經(jīng)取得了較大提高，但是鉛廢料和器件中泄漏出鉛的毒性問題仍沒有解決方案，這對自然環(huán)境和公共健康都有非常大的危害性。本文提出了一種化學方法，通過在器件的正反面都覆蓋一層吸收鉛的涂層材料，可以有效隔離96%以上的鉛廢料。在光照側，作者使用了一種透明的DMDP薄膜，其中的基團與鉛有非常強的作用力；在對電極側，作者使用了摻有鉛螯合劑的聚合物薄膜。兩側的薄膜在水中都可以有效的吸收鉛，并而不會溶解，從而保證了器件的完整性，避免了鉛泄露。

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本文由西游供稿。

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