顶刊动态|EES/AM/Angew等近期太阳能电池学术进展【新能源周报160606期】

太阳能电池是一种具有良好前景的能量存储与转换器件，也是当今新能源领域的研究热点。但随着转换效率越来越接近理论上的极限效率，科学家们不再一味地追求效率的提高，而是开始完善太阳能电池其他方面的性能，拓展其应用范围。下面让我们一起来看看本周在各大顶级国际期刊上科学家们都做了哪些关于太阳能电池的有趣的研究吧。

1.Energy and Environmental Science：用于制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池的不掺杂的聚合物空穴传输材料

近年来，已经有越来越多的人开始研究钙钛矿型混合太阳能电池，其中，空穴传输材料是钙钛矿太阳能电池的关键部分。然而，制备空穴传输材料需要易溶解、高吸湿性的掺杂剂，这对电池稳定性的影响是十分巨大的。

最近，韩国浦项科技大学的Taiho Park课题组制备了一种不掺杂的聚合物空穴传输材料（基于苯并[1,2-B：4,5：B']噻吩和2,1,3苯并噻二唑），在不掺杂的情况下具有较深的HOMO（最高分子占据轨道）能级和极高的空穴迁移率。随后将这种空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池并获得了17.3%的转换效率。电池结构如图，其中，空穴传输层起到了隔绝空气水分的作用，使电池在75%的湿度下仍然可以保持原始效率长达1400小时。

这种空穴传输材料为制备不掺杂的高效率的空穴传输材料提供了一种新的思路。

文献链接：Dopant-free polymeric hole transport materials for highly efficient and stable perovskite solar cells

2.Advanced Materials：利用低带隙聚合物来制备效率高于11%的串联聚合物太阳能电池

聚合物太阳能电池由于其具有柔性、轻盈、可大面积制备等诱人前景，引起了广泛的关注。其中，串联聚合物太阳能电池由于可以在各个子电池中利用不同能量的光子，可以大大减少光电转换过程中的能量损失。

最近，北京分子科学国家实验室的Jianhui Hou课题组用两种性能优异的光电聚合物和一种透光性极佳的中间复合层制备出具有串联结构的高效聚合物太阳能电池，电池结构如上图，其光电转换效率高达11.62%。这两种聚合物具有较深的最高分子占据轨道能级，其纳米薄膜具有纳米相的分离形态，这些性能使得它们可以用于制备聚合物太阳能电池中的低带隙的子电池。

在上述聚合物电池中的填充因子和EQE（外量子效应）都不是特别优异，该实验室的研究员们相信，如果可以改善填充因子和EQE，聚合物太阳能电池的效率将有突破15%。

文献链接：Over 11% Efficiency in Tandem Polymer Solar Cells Featured by a Low-Band-Gap Polymer with Fine-Tuned Properties

3.Angewandte Chemie International Edition：一种钙钛矿型光敏铁电体的体光电效应

光敏铁电体的体光电效应由于其优异的光电压力、载流子迁移率和在均匀介质中稳定的光电流而具有十分诱人的前景。但是，由于缺乏机理方面的理论支持，目前还难以设计出性能优异的光敏铁电体。

最近，为了更好的理解其中的机理，中科院福建结构化学国家重点实验室的Junhua Luo课题组设计了一种层状钙钛矿型光敏铁电体，其光电导性和典型的钙钛矿材料甲基碘化铅胺不相上下，而且其依赖于温度的光电压也与偏振特性相吻合，说明了铁电体在高度各向异性的光电效应中起到主导作用。

这项工作加深了我们对于铁电体光电效应机理的理解，为设计出适用于光电器件的铁电材料提供了更多的可能。

文献链接：A Photoferroelectric Perovskite-Type Organometallic Halide with Exceptional Anisotropy of Bulk Photovoltaic Effects

4.ACS NANO：通过介质镜给半透明钙钛矿太阳能电池着色

将光伏技术应用于建筑物毫无疑问是光伏领域最诱人的目标，虽然半透明钙钛矿太阳能电池在建筑物窗户的应用上与有机光伏相比更具竞争力，但是钙钛矿薄膜的色觉效果并不好，因此，克服钙钛矿在视觉美学上的缺陷就显得尤为必要。

最近，德国弗里德里希-亚历山大大学埃尔兰根-纽伦堡的Carina Bronnbauer课题组设计了一种巧妙的方法来修饰钙钛矿太阳能电池的外观颜色。他们将介质镜加入到电池结构中，如上图，介质镜与电池之间并不导通，只是机械地链接到一起，其色觉和色度在不同的光照条件下和相对于观察者的不同观察方向上便体现出不同。

这项研究促进了钙钛矿太阳能电池在建筑上的应用。

文献链接：Coloring Semitransparent Perovskite Solar Cells via Dielectric Mirrors

5.Advanced Energy Materials：高效率、大面积的碳纳米管-硅异质结太阳能电池

碳纳米管-硅（CNT-Si）太阳能电池将碳纳米管薄膜的透明导电性和晶硅的光吸收性能结合，具有诱人的前景。但是目前的CNT-Si太阳能电池主要是基于极小的活性区（普遍小于0.15cm²）来制备，然而增大活性区却会降低能量转换效率。

最近，北京大学材料科学与工程学院的Anyuan Cao课题组通过将高导电性的碳纳米条加到碳纳米管-硅异质结上作为自相似的上电极，制备出活性区超过2cm²的CNT-Si太阳能电池，其效率高达10%。碳纳米条的加入不仅提高了异质结的性能，而且没有附加的接触电阻。这是世界上首次在超过1cm²的活性区上制备出如此高效率的CNT-Si太阳能电池。

这种碳纳米条还有望作为其他类型太阳能电池（如石墨烯－硅太阳能电池）的上电极。

文献链接：High-Efficiency Large-Area Carbon Nanotube-Silicon Solar Cells

6.Nano Energy：用于染料敏化太阳能电池的单分散介孔TiO₂微球

过去的数十年间，介孔材料凭借其特殊的性能获得了很高的关注，TiO₂便是其中之一。但是，要提高其应用性能，还需探索各种不同形貌的TiO2，如纳米棒、纳米管等。

最近，上海东华大学的研究人员合成了一种独特的介孔TiO₂微球，具体的合成方法如上图，先用分散有SiO₂微球的胶体制备出三维的多孔碳模板（3DOMC），再将前驱溶液注入孔中，烧结得到最终的TiO₂微球，其孔径呈现出高度有序的环绕状。随后，将这种介孔TiO₂微球应用于染料敏化太阳能电池后得到了8.5%的转换效率，这归功于TiO₂微球的高表面积、高孔隙率和连接稳固的结晶骨架。

这种特殊的制备方法有望提供一种全新的设计介孔材料的思路，并可应用于传感器、光学器件等。

文献链接：Monodisperse mesoporous TiO2 microspheres for dye sensitized solar cells

7.Nano Energy：具有快速电荷分离和优异性能的基于多层石墨烯纳米粒子的ZnO化学合成方法

随着环境污染的加剧，基于高效光催化剂的环境净化获得了巨大的关注。其中，石墨烯基的半导体材料由于其具有减少载流子复合的高效电荷分离机制和表面活性位点使得这种材料可以满足高效光电转换的要求。

最近，韩国科学技术研究院、先进科学技术研究所及延世大学以及的研究人员们使用化学方法合成了一种特别的材料。以ZnO纳米颗粒为核，外面包裹上用单壁碳纳米管制成的多层石墨烯外壳，在ZnO核和石墨烯壳之间以氧桥相连，具体合成方法参见上图。其中，含氧官能团促进了光生电荷的分离和抑制了ZnO的光腐蚀，其平均载流子寿命是无石墨烯包裹的ZnO纳米颗粒的100倍，使ZnO核和石墨烯壳之间具有高效的电子传输，从而提升了光催化活性和光电响应速度。

这种材料将可用于各种高效的光电器件和光催化过程。

文献链接：A facile chemical synthesis of ZnO@multilayer graphene nanoparticles with fast charge separation and enhanced performance for application in solar energy conversion

该文献汇总由材料人新能源学术小组林振炫供稿，参与新能源话题讨论请加入“材料人新能源材料交流群 422065952”，若想参与新能源文献解读和文献汇总、新能源知识科普和深度挖掘新能源学术产业信息，请加qq 2728811768。

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