蔡植豪Angew綜述反式鈣鈦礦太陽能電池應(yīng)用廣泛，可以制備疊層電池、低溫可加工性、良好的穩(wěn)定性，是商業(yè)化的重要器件結(jié)構(gòu)。目前，反式鈣鈦礦利用有機空穴傳輸材料已實現(xiàn)超過25%的效率，但其合成成本和穩(wěn)定性仍無法滿足商業(yè)化要求。香港大學(xué)蔡植豪團隊很多年前就制備無摻雜低成本的納米氧化鎳。2023年，他們團隊聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)張鴻團隊一起在Angew寫了一篇小型綜述。如下圖，他們統(tǒng)計了NiOx在反式結(jié)構(gòu)電池的效率發(fā)展，包括單節(jié)電池實現(xiàn)23.91%的效率，疊層電池實現(xiàn)27.4%的效率，柔性疊層電池顯現(xiàn)24.7%的效率，硅鈣疊層電池實現(xiàn)27.26%的效率，說明NiOx在各類電池中有廣泛的應(yīng)用。NiOx的表面化學(xué)特性對于最大限度地提高器件性能和長期穩(wěn)定性至關(guān)重要，合成過程中使用不同種類的堿和有機/無機配體可能是一個重要的途徑。同時，應(yīng)開展更先進(jìn)的表征和全面的研究，以充分了解良好分散的NiOx的形成機制。NiOx溶液具有優(yōu)異的分散穩(wěn)定性和較寬的溫度窗口，這可以應(yīng)用于多種加工方法，如刀刮涂、噴墨印刷、噴涂。然后，如下圖，這篇綜述討論了NiOx在光伏以外的其他鈣鈦礦光電子學(xué)中的應(yīng)用，還有可能應(yīng)用于正式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)中。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202219307游經(jīng)碧老師綜述2021年，Journal of Energy Chemistry發(fā)表了一篇綜述，關(guān)于反型鈣鈦礦太陽能電池中關(guān)鍵傳輸層之一——氧化鎳空穴傳輸層。這篇綜述由湖北大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院的顧豪爽教授和中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所的游經(jīng)碧研究員等合作完成，主要著眼于優(yōu)化NiOx性能，以提高反型鈣鈦礦太陽能電池的效率。作為反型鈣鈦礦太陽能電池的重要組成部分，NiOx在制備方法方面有多種選擇。傳統(tǒng)化學(xué)沉積方法和物理氣相沉積方法都能制備NiOx薄膜，各自具有優(yōu)缺點。化學(xué)方法制備的NiOx納米顆粒具有高結(jié)晶性和低溫沉積的優(yōu)點，使其與柔性器件相兼容。通過NiOx前驅(qū)體的原位反應(yīng)，從溶膠法發(fā)展到燃燒法，降低了沉積溫度，減少了能源消耗，提高了NiOx薄膜的致密性。此外，高溫裂解-噴涂法在大面積NiOx薄膜制備方面顯示出巨大潛力。這些化學(xué)沉積方法成本較低，也有利于控制摻雜，為薄膜改性提供了途徑。另一方面，物理氣相沉積方法如電子束沉積、磁控濺射、脈沖激光沉積等，在制備基于NiOx的高性能反型鈣鈦礦太陽能電池器件方面取得了良好成果。此外，該綜述還詳細(xì)討論了改性摻雜策略，以克服NiOx導(dǎo)電性和能級結(jié)構(gòu)的限制。通過摻雜不同元素，如堿土金屬，可改善NiOx薄膜的電學(xué)性能和與鈣鈦礦的能級匹配，提高電荷傳輸效率。論文還探討了對NiOx表面進(jìn)行修飾以優(yōu)化界面特性的方法，以改善電荷傳輸和減少界面非輻射復(fù)合。總體而言，選擇適當(dāng)?shù)闹苽浞椒▽τ趦?yōu)化NiOx空穴傳輸層在反式鈣鈦礦太陽能電池中的應(yīng)用至關(guān)重要。不同制備方法為研究人員提供了靈活性，有望在不同應(yīng)用場景下實現(xiàn)更高效、穩(wěn)定的太陽能電池。https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2095495620302667?via%3Dihub#fig0008aStefaan De Wolf實力站臺SAM材料沙特的土豪大學(xué)——阿卜杜拉國王科技大學(xué)（KAUST）的Stefaan De Wolf教授最近如日中天，自從學(xué)會了鈣鈦礦的制備，他的硅-鈣疊層電池效率，如下圖，已經(jīng)實現(xiàn)33.7%的認(rèn)證效率，遙遙領(lǐng)先、遙遙領(lǐng)先~2023年，Stefaan De Wolf等人在《Nature Reviews Materials》上發(fā)表了一篇綜述文章，深入回顧和討論了與金屬氧化物/鈣鈦礦界面相關(guān)的問題，并提出了基于分子工程的解決方案，以應(yīng)對許多金屬氧化物/鈣鈦礦界面的挑戰(zhàn)。首先，上來就懟金屬氧化物（包括氧化鎳）的缺陷，來了一個‘教科書’式的分析，從點、線、面三個角度分析金屬氧化物的缺陷類型。其次，鈣鈦礦中也有很多缺陷，這些是化學(xué)計量比失調(diào)、退火太快、制備過程等原因?qū)е碌摹Ｈ欢?strong>對于SAM層鏈接的金屬氧化物和鈣鈦礦界面層，很多缺陷都可以被鈍化。鈍化材料已經(jīng)發(fā)表了幾千篇文章，總的來說，對與金屬氧化物/鈣鈦礦界面，這些鈍化材料只能鈍化一種界面，只能部分解決非輻射界面復(fù)合問題。因此，需要發(fā)展雙面鈍化材料來解決非輻射復(fù)合問題，而具備雙端官能團的SAM層就很合適。另外，SAM層材料對于穩(wěn)定性也是有很大的提升，這種材料隔絕了金屬氧化物和鈣鈦礦，避免二者的接觸反應(yīng)。帶長鏈結(jié)構(gòu)的SAM材料對溫度的穩(wěn)定性更好，能夠緩解鈣鈦礦因溫度改變產(chǎn)生的應(yīng)力。De Wolf教授還想設(shè)計發(fā)展n型的SAM材料，這樣又開辟了一個新的賽道！https://www.nature.com/articles/s41578-022-00503-3目前，鈣鈦礦的產(chǎn)業(yè)化還未完全實驗，納米氧化鎳和SAM都為效率及穩(wěn)定性發(fā)展做出了很大貢獻(xiàn)。最終，可能不是‘爭奇斗艷、既生瑜何生亮’的泡利不相容，而可能是兩個材料一起被用于產(chǎn)業(yè)化，雙贏的結(jié)局。
