【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”朱瑞教授和龔旗煌院士團(tuán)隊(duì)與合作者在《化學(xué)評(píng)論》(Chemical Reviews)上發(fā)表了題為“The promise and challenges of inverted perovskite solar cells”的綜述論文，并被遴選為當(dāng)期正封面(Front cover)論文。該論文總結(jié)了反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池近年來的發(fā)展，并對(duì)未來的發(fā)展趨勢(shì)和面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了探討。
 

　　反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其高穩(wěn)定性、高效率、低成本、低溫加工以及與疊層電池結(jié)構(gòu)的兼容性等優(yōu)勢(shì)，正受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。朱瑞研究團(tuán)隊(duì)自2014年起開始致力于反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究。團(tuán)隊(duì)早期從界面工程、薄膜形貌控制、電池穩(wěn)定性和遲滯現(xiàn)象等方面開展研究工作，并及時(shí)對(duì)這類太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展進(jìn)行階段性總結(jié)和展望(Adv. Energy Mater., 2016, 6, 1600457)。隨后，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了微量鹵化銨輔助優(yōu)化策略(Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 3508)，顯著提高了反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)圍繞反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池電壓損失較大的科學(xué)難題，創(chuàng)新發(fā)展了“溴化胍輔助二次生長(zhǎng)”的薄膜優(yōu)化方法，大幅提升了電池的開路電壓，創(chuàng)造了當(dāng)時(shí)這類太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的世界最高紀(jì)錄(Science, 2018, 360, 1442)。基于在反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率提升方面的貢獻(xiàn)，朱瑞受邀撰寫特邀評(píng)論(Nat. Energy, 2020, 5, 123)，展望了這類太陽(yáng)能電池性能進(jìn)一步提升的巨大潛力，并呼吁行業(yè)對(duì)這類太陽(yáng)能電池的研究給予更多關(guān)注，增強(qiáng)對(duì)這類太陽(yáng)能電池研究的信心。
 

反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的優(yōu)勢(shì)及本論文討論重點(diǎn)
 

　　該綜述論文首先回顧了近年來提升反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)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(chuàng)新以及界面工程等。接著，論文探討了反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池優(yōu)異穩(wěn)定性的原因。此外，論文還分析了基于反式結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦-晶硅疊層太陽(yáng)能電池、全鈣鈦礦疊層太陽(yáng)能電池和鈣鈦礦-有機(jī)疊層太陽(yáng)能電池的研究進(jìn)展。隨后，論文深入分析了高性能大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和鈣鈦礦室內(nèi)光伏器件的制備策略。之后，論文總結(jié)了反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)和減少環(huán)境影響的方法。最后，論文對(duì)反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在未來的潛力和挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入討論。值得強(qiáng)調(diào)的是，近期在領(lǐng)域內(nèi)研究學(xué)者的不懈努力和產(chǎn)業(yè)界的強(qiáng)有力支持下，反式結(jié)構(gòu)電池的應(yīng)用潛力得到了充分展示，具有反式結(jié)構(gòu)的單結(jié)和鈣鈦礦-晶硅疊層太陽(yáng)能電池分別達(dá)到了26.7%和34.6%的認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率，成為整個(gè)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。
 

　　北京大學(xué)物理學(xué)院博雅博士后(北京大學(xué)物理學(xué)院2023屆博士畢業(yè)生)陳鵬、北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所2021級(jí)博士研究生黎順德、牛津大學(xué)博士肖云(北京大學(xué)物理學(xué)院原訪問學(xué)者)、劍橋大學(xué)博士研究生賈笑晗(北京大學(xué)物理學(xué)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(xué)教授Henry J. Snaith和薩里大學(xué)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(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金、國(guó)家資助博士后研究人員計(jì)劃、云南省西南聯(lián)合研究生院科技項(xiàng)目、松山湖材料實(shí)驗(yàn)室開放課題、北京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、納光電子前沿科學(xué)中心、北京大學(xué)長(zhǎng)三角光電科學(xué)研究院、山西大學(xué)極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、“2011計(jì)劃”量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、英國(guó)工程和自然科學(xué)研究委員會(huì)(EPSRC)等的大力支持。