【儀表網 研發快訊】近日，北京大學物理學院現代光學研究所“極端光學創新研究團隊”朱瑞教授和龔旗煌院士團隊與合作者在《化學評論》(Chemical Reviews)上發表了題為“The promise and challenges of inverted perovskite solar cells”的綜述論文，并被遴選為當期正封面(Front cover)論文。該論文總結了反式結構鈣鈦礦太陽能電池近年來的發展，并對未來的發展趨勢和面臨的挑戰進行了探討。
反式結構鈣鈦礦太陽能電池因其高穩定性、高效率、低成本、低溫加工以及與疊層電池結構的兼容性等優勢，正受到學術界和產業界的廣泛關注。朱瑞研究團隊自2014年起開始致力于反式結構鈣鈦礦太陽能電池的研究。團隊早期從界面工程、薄膜形貌控制、電池穩定性和遲滯現象等方面開展研究工作，并及時對這類太陽能電池的研究進展進行階段性總結和展望(Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1600457)。隨后，團隊開發了微量鹵化銨輔助優化策略(Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 3508)，顯著提高了反式結構鈣鈦礦太陽能電池的性能。進一步，團隊圍繞反式結構鈣鈦礦太陽能電池電壓損失較大的科學難題，創新發展了“溴化胍輔助二次生長”的薄膜優化方法，大幅提升了電池的開路電壓，創造了當時這類太陽能電池光電轉換效率的世界最高紀錄(Science, 2018, 360, 1442)。基于在反式結構鈣鈦礦太陽能電池效率提升方面的貢獻，朱瑞受邀撰寫特邀評論(Nat. Energy, 2020, 5, 123)，展望了這類太陽能電池性能進一步提升的巨大潛力，并呼吁行業對這類太陽能電池的研究給予更多關注，增強對這類太陽能電池研究的信心。
反式結構鈣鈦礦太陽能電池的優勢及本論文討論重點
該綜述論文首先回顧了近年來提升反式結構鈣鈦礦太陽能電池性能的一些代表性方法，包括鈣鈦礦組分工程、添加劑工程、溶劑工程、加工工程、電荷傳輸層的創新以及界面工程等。接著，論文探討了反式結構鈣鈦礦太陽能電池優異穩定性的原因。此外，論文還分析了基于反式結構的鈣鈦礦-晶硅疊層太陽能電池、全鈣鈦礦疊層太陽能電池和鈣鈦礦-有機疊層太陽能電池的研究進展。隨后，論文深入分析了高性能大面積鈣鈦礦太陽能電池和鈣鈦礦室內光伏器件的制備策略。之后，論文總結了反式結構鈣鈦礦太陽能電池的經濟性優勢和減少環境影響的方法。最后，論文對反式結構鈣鈦礦太陽能電池在未來的潛力和挑戰進行了深入討論。值得強調的是，近期在領域內研究學者的不懈努力和產業界的強有力支持下，反式結構電池的應用潛力得到了充分展示，具有反式結構的單結和鈣鈦礦-晶硅疊層太陽能電池分別達到了26.7%和34.6%的認證光電轉換效率，成為整個鈣鈦礦太陽能電池研究領域關注的焦點。
北京大學物理學院博雅博士后(北京大學物理學院2023屆博士畢業生)陳鵬、北京大學物理學院現代光學研究所2021級博士研究生黎順德、牛津大學博士肖云(北京大學物理學院原訪問學者)、劍橋大學博士研究生賈笑晗(北京大學物理學院原科研助理)為論文的共同第一作者，朱瑞、龔旗煌、牛津大學教授Henry J. Snaith和薩里大學教授張偉為論文的共同通訊作者。合作者還包括博士羅德映。該工作獲得了國家自然科學基金、北京市自然科學基金、國家重點研發計劃、中國博士后科學基金、國家資助博士后研究人員計劃、云南省西南聯合研究生院科技項目、松山湖材料實驗室開放課題、北京大學人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、納光電子前沿科學中心、北京大學長三角光電科學研究院、山西大學極端光學協同創新中心、“2011計劃”量子物質科學協同創新中心、英國工程和自然科學研究委員會(EPSRC)等的大力支持。
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