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2024年悄然过去，在此知光谷编辑部大家汇总了2024年《Science》期刊发布的与钙钛矿太阳能电池相关的13篇精彩文章。通过这些研究，我们可以深刻感受到钙钛矿太阳能技术在不断发展与突破中的强大生命力和创新潜力。今年的研究成果涵盖了多个重要领域，其中包括8篇关于小面积钙钛矿太阳能电池的研究，2篇钙钛矿太阳能模组的研究，2篇钙钛矿叠层电池的研究，以及1篇关于宽带隙电池的探讨。
回顾往昔，每一篇文献都是科研工作者智慧与汗水的结晶，它们不仅记录了钙钛矿太阳能电池领域的进步与成就，更为我们指明了前行的道路。展望2025年，我们鼓励所有科研同仁继续秉承敢于创新、勇于探索的精神，不畏艰难，持续攀登科研高峰。
在2025年，愿大家在科研的道路上不断超越自我，取得更加辉煌的成就！知光谷将继续与大家携手并肩，为实现更可持续、更绿色的能源未来贡献力量！
1. 认证效率25.9%！机器学习巧妙设计空穴传输层![]()
韩国蔚山科学技术院Sang Il Seok 、厦门大学王露遥、卡尔斯鲁厄理工学院Pascal Friederich和亥姆霍兹埃尔朗根-纽伦堡可再生能源研究所Christoph J. Brabec等人演示了一个闭环工作流程，该工作流程结合了有机半导体的高通量合成来创建大型数据集和贝叶斯优化，以发现具有适合太阳能电池应用的定制特性的新型空穴传输材料。预测模型基于分子描述符，使我们能够将这些材料的结构与其性能联系起来。从最少的建议中确定了一系列高性能分子，并在钙钛矿太阳能电池中实现了高达 26.2%（认证为 25.9%）的功率转换效率。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads0901![]()
美国西北大学Edward H. Sargent，Mercouri G. Kanatzidis以及陈斌等人开发了一系列脒配体分子，这些配体因其共振效应增强的N-H键而受到关注，这些键可能抵抗脱质子，从而提高钙钛矿表面钝化层的热稳定性。这一策略使得配体脱质子平衡常数降低了10倍以上，在85℃下经过光照老化后，光致发光量子产率的保持率提高了两倍。采用这种方法，作者实现了倒置PSCs的效率26.7%，第三方的认证准稳态PCE为26.3%。同时，器件的稳定性优异，在85℃下连续1100小时的连续1太阳光最大功率点操作后，PCE的保持率≥90%。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adr20913.原子层沉积SnO2实现钙钛矿太阳能电池长期稳定性![]()
香港城市大学朱宗龙等人通过共沉积钙钛矿和空穴选择性接触材料，同时保护钙钛矿，使得在不使用富勒烯的情况下能够沉积SnOx/Ag。原子层沉积（ALD）制备的SnOx作为一种耐用的无机电子传输层，通过调整SnOx层中的氧空位缺陷，研究者实现了超过25%的功率转换效率（PCE）。在传统p-i-n结构的PSCs上展现出了卓越的稳定性，在65°C下，模拟AM1.5光照条件下，连续运行2000小时后，设备仍能保持超过95%的初始PCE。此外，它们还拥有超过1000小时的认证T97寿命。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq8385![]()
北京大学肖立新，曲波，瑞士洛桑联邦理工学院MichaelGrätzel和Mingyang Wei等人引入了含氯的有机分子，形成了一个覆盖层，阻止湿气渗透，同时保留了基于DMSO的复合物，以调节晶体生长。在20%到60%的相对湿度范围内，制造的太阳能电池的功率转换效率大于24.5%，在相对湿度为80%时，功率转换效率为23.4%。在空气中（相对湿度为40%至60%），未封装器件在最大功率点运行500小时后，其初始性能保持了96%。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn96465. 100℃制备α-FA基耐用、高效钙钛矿太阳能电池![]()
雷恩大学Jacky Even和莱斯大学Aditya D. Mohite等人提出通过使用以 FA 作为笼阳离子的特定二维 (2D) 钙钛矿的晶格模板来制造超稳定相纯碘化甲脒铅 (FAPbI3) 薄膜。当纯FAPbI3 前体溶液与2D钙钛矿接触时，黑相优先在100°C下形成，远低于标准FAPbI3退火温度150°C。X射线衍射和光谱表明所得的FAPbI3 薄膜轻微压缩以获得2D钙钛矿种子的(011)面间距。2D 模板化块状 FAPbI3 薄膜在 p-i-n 架构中表现出 24.1% 的效率，具有 0.5 平方厘米的活性面积和卓越的耐用性，在 85°C 和最大功率点跟踪下 1000 小时后仍保留 97% 的初始效率。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq6993![]()
美国西北大学Edward H. Sargent、Bin Chen以及上海科技大学宁志军等人报道了在钙钛矿上以平面配体方向结合两个相邻铅（II）离子（Pb2+）缺陷位点的配体。通过采用双功能有机分子4Cl-苯磺酸钠作为添加剂，实现了钙钛矿表界面缺陷的高效钝化以及电子的有效传输。取得了PIN钙钛矿光伏器件准稳态认证效率26.15%（0.05cm2）和24.74%（1.04cm2），认证单位为Newport。在65°C 下连续运行 1 太阳最大功率点1200小时后，这些器件仍保留了95%的初始PCE。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adm94747.手性结构异质界面打造热循环&双85超耐用钙钛矿太阳能电池![]()
美国能源部可再生能源国家实验室（NREL）朱凯和香港科技大学周圆圆等人报道了基于R-/ S -甲基苄基铵的手性介导的钙钛矿吸收层和电子传输层之间的界面，以创建弹性但强的异质界面，提高了机械可靠性。该界面利用对映体控制的熵来增强对热循环引起的疲劳和材料降解的耐受性，有机阳离子的异手性排列导致苯环更紧密的堆积，从而增强化学稳定性和电荷转移。在热循环测试(- 40°C至85°C;200次循环超过1200小时)和92%的湿热测试(85%的相对湿度;85°C;600小时)。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado51728. 强键合空穴传输层减少钙钛矿太阳能电池的紫外光降解![]()
北卡罗来纳大学教堂山分校黄劲松团队报告了在未经过滤的阳光和LED照射下，p-i-n结构钙钛矿太阳能电池的退化机制。钙钛矿与聚合物空穴传输材料（HTMs）以及透明导电氧化物（TCOs）之间的弱化学键连接主导了加速的A位阳离子迁移，而非HTMs的直接退化。芳香磷酸[2-(9-乙基-9H-卡巴唑-3-基)乙基]磷酸（EtCz3EPA）通过磷酸基团与TCOs的结合和氮基团与钙钛矿中的铅原子的相互作用，增强了钙钛矿/HTM/TCO区域的结合力。EtCz3EPA与强空穴提取聚合物形成的杂化HTM保持了高效率，并改善了钙钛矿器件的紫外线稳定性。一款钙钛矿小模块，在商业化技术加速器（PACT）中心独立测量下，经过29周的户外测试后仍保持超过16%的运行效率。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi45319. 认证效率23.2%（ 27.2cm2）破纪录最高值钙钛矿组件![]()
华北电力大学丁勇（共同第一作者）、洛桑联邦理工学院Mohammad Khaja
Nazeeruddin教授、Paul J. Dyson教授、赵康宁、西湖大学王睿研究员以及常州圣盛精工设备有限公司Jiang Sheng等人将 N,N-二甲基亚甲基氯化物掺入钙钛矿前体溶液中形成二甲基铵阳离子，并且先前未观察到的甲基四氢三嗪 ([MTTZ]+) 阳离子有效地改善了钙钛矿薄膜。[MTTZ]+阳离子的原位形成增加了碘空位的形成能，增强了碘离子和铯离子的迁移能垒，从而抑制了非辐射复合、热分解和相分离过程。优化的 PSM 在孔径面积为 27.2cm2的情况下实现了创纪录的、认证效率 23.2%，稳定的效率为 23.0%。在85°C和85%相对湿度、1个太阳光光照下进行约1900小时的最大功率点跟踪后，封装的PSM保留了其初始PCE的87.0%。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado661910. 18%PCE（228cm2）气相氟化物处理的稳定钙钛矿模组！![]()
南京航空航天大学郭万林院士与张助华教授等人通过将氟化铵加热产生的氟化氢蒸汽暴露于甲脒铅碘薄膜中，缓解了溶液涂层稳定层过程中由于蒸发驱动的浓度波动。强烈的铅-氟键抑制了缺陷的形成，并固定了表面附近的阴离子。对于0.16cm2的单个电池，功率转换效率为24.8%，对于228 cm2的模块，功率转换效率为18.1%。这些模块不仅表现出均匀的性能，而且在40°C下，连续运行3000小时后在1倍阳光照射下几乎没有退化。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp1621![]()
阿卜杜拉国王科技大学Stefaan De Wolf等人使用二氯化亚二铵作为钙钛矿前驱体溶液的添加剂，导致在薄膜结晶时将原位形成的四氢三嗪(THTZ-H+)掺入钙钛矿晶格。THTZ-H+阳离子的循环性质使其能够通过与碘化物在多个方向上形成氢键，与钙钛矿晶格中的铅八面体产生强烈的相互作用。该THTZ-H+结构提高了1.68 eV钙钛矿薄膜和器件在85℃下长时间光照和热暴露下的器件功率转换效率(PCE)和相稳定性。基于THTZ-H+的单片钙钛矿/硅串联器件（1 cm2）达到了33.7%的独立认证PCE。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp162112.晶核工程实现稳定钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池中的卤素均匀分布![]()
北京理工大学陈棋教授、材料学院陈怡华助理教授团队报道了一种晶核工程策略用于制备宽带隙（WBG）钙钛矿薄膜。通过配体调控晶核表面能，使得薄膜生长过程以3C相优势晶核为主导。由此制备的薄膜表现出更好的结晶质量和更为集中的晶体取向，有效抑制了缺陷。在晶硅异质结（SHJ）底电池上制备了两端PST，1平方厘米器件效率达32.5%（第三方评估为32.0%），25平方厘米器件效率为29.4%（第三方评估为28.9%）。![]()
https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado910413.带隙通用钝化技术实现具有低光电压损耗的稳定钙钛矿太阳能电池![]()
牛津大学Yen-Hung Lin和Henry
J. Snaith等人展示了一种基于蒸汽的氨基硅烷钝化方法，可以将带隙在1.6到1.8 eV之间的钙钛矿太阳能电池的光电压缺陷降低到约100毫伏(>热力学极限的90%)，这对于串联应用至关重要。伯胺、仲胺或叔胺硅烷单独对钙钛矿结晶度和电荷输运产生负面或几乎没有影响，但结合伯胺和仲胺的氨基硅烷的光致发光量子产率可提高60倍，并保持远距离传导。氨基硅烷处理的器件在85°C的全光谱阳光和开路条件下，在相对湿度为50%至60%的环境空气中，保持95%的功率转换效率超过1500小时。![]()
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