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超级合集丨钙钛矿太阳能电池最新综述,一次看个够!

 常有理 2020-10-06

1.Predictions and Strategies Learned from Machine Learning to Develop High-Performing Perovskite Solar Cells. (DOI: 10.1002/aenm.201901891)
钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于在诞生后的几年内获得了较高的能量转换效率,近年来受到了广泛的关注。然而,仍然缺乏一种机器学习方法来指导高性能(PSCs)的开发。这篇论文中利用最大似然法优化材料组成,制定设计策略,并对PSCs的性能进行预测。ML模型是使用从大约2000个同行评审的出版物中选择的333个数据点开发的。这些模型指导新型钙钛矿材料的设计和高性能太阳能电池的开发。在ML引导的基础上,通过实验合成了新型钙钛矿材料,验证了模型的实用性。ML模型还显示了它预测潜在物理现象以及PSCs性能的能力。PSC模型与Shockley和Queisser极限的理论预测吻合得很好,这是人类几乎不可能从一组数据点中找到的。此外,该模型还提出了开发具有不同带隙的高性能PSC的策略。这些发现表明,ML不仅对预测PSCs的性能,而且对深入理解PSCs相关的物理现象具有重要意义。
2. Metal Halide Perovskites for Solar-to-Chemical Fuel Conversion(DOI: 10.1002/aenm.201902433)
本文介绍并讨论了近年来在卤化物钙钛矿基光催化剂、光电极和太阳能-化学燃料转换装置的稳定、保护、改进和设计方面取得的进展。以水分解、碘化氢分解和CO2还原反应为目标,组织和介绍了用于光催化颗粒悬浮系统、光电极薄膜系统和光电催化串联系统的卤化物钙钛矿的制备策略。重点讨论了近年来在发现稳定的新型卤化物钙钛矿材料、开发保护性和功能性壳和层、设计合适的反应溶液体系、串联器件结构等方面的研究成果。展望了卤化物钙钛矿材料和器件在太阳能-化学燃料转换中的应用前景。该综述可为有意利用卤化物钙钛矿材料进行太阳能-化学燃料转换的研究人员提供指导。
3. A Review on Additives for Halide Perovskite Solar Cells (DOI: 10.1002/aenm.201902492)
添加剂广泛应用于高效、稳定、无迟滞的钙钛矿太阳能电池,在钙钛矿太阳能电池(PSCs)的各种突破中发挥着重要作用。本文总结了用于PSCs的各种添加剂,阐述了它们的作用机理及对器件性能的影响。总结了添加剂的主要作用、钙钛矿薄膜形貌的调控、甲脒和铯基钙钛矿的稳定相、PSCs中能级的调整、抑制钙钛矿中的非辐射复合、消除迟滞、提高PSCs的工作稳定性。
4. Perovskite Solar Cells: Can We Go Organic-Free, Lead-Free, and Dopant-Free? (DOI: 10.1002/aenm.201902500)
铅基有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在能量转换效率方面取得了令人难以置信的快速进展,已达到与晶体硅电池相当的水平,目前正面临工业化所需的稳定性测试。由于有机组分和材料(掺杂剂)的层间扩散,热稳定性差(<150°C),以及铅引起的环境不相容性,使得无有机、无铅钙钛矿和无掺杂空穴传输材料(HTMs)的发展迅速。近年来,以无机钙钛矿为基础的电池的效率迅速提高,超过18%,显示出无机钙钛矿作为热稳定高效电池的巨大潜力。尽管与无机和杂化钙钛矿相比,各种无铅钙钛矿的效率都有所下降,但它们也表现出了更好的结构和环境稳定性。无掺杂HTMs的匹配/优于含掺杂HTMs的性能,使前者成为稳定性较好的选择。尽管提高铅基复合钙钛矿稳定性的努力应通过不同的技术继续进行,但有机和无铅钙钛矿以及无掺杂的高温超导材料必须以更大的兴趣追求未来。本文总结了目前存在的问题和解决这些问题的可能策略,从而有助于提高不含有机物、铅和掺杂的钙钛矿太阳能电池的整体性能。
5. Tin Halide Perovskites: Progress and Challenges (DOI: 10.1002/aenm.201902584)
由于Sn的合适的离子半径和存在于+2态中的可能性,卤化铅-钙钛矿通过部分或完全取代有毒铅与锡的化学组成工程已被广泛报道为可行的工艺。有趣的是,完全替换会缩小带隙,而部分替换会产生一种异常现象,涉及到相对于纯铅和锡卤化物钙钛矿化合物的带隙进一步缩小。不幸的是,这种反常行为的优点没有得到适当的利用。虽然Sn基钙钛矿体系在性能和性能方面取得了很好的进展,但其光伏参数仍明显低于Pb基类似物。本文总结了近年来Sn基卤化物钙钛矿的制备、形貌和光物理性能的研究进展和面临的挑战,以及它们对其光伏性能的影响。虽然,在薄膜钙钛矿光伏领域,铅基钙钛矿体系仍然是最受欢迎的技术,但为了改善器件性能,提出了提高Sn基钙钛矿材料性能的未来研究方向。
6. Recent Progresses on Defect Passivation toward Efficient Perovskite Solar Cells (DOI: 10.1002/aenm.201902650)
钙钛矿晶体或晶界、表面和界面缺陷的无序分布,通过形成非辐射复合中心严重影响载流子的输运,阻碍了钙钛矿太阳电池功率转换效率的进一步提高。几种缺陷钝化策略已被证实是提高PCSs性能的有效途径。该论文总结了近年来高效钙钛矿太阳电池缺陷钝化的研究进展,并根据缺陷的位置和钝化剂的种类,对常用的钝化策略进行了分类,阐述了钝化机理。最后,本文对钝化策略的发展趋势进行了展望。
7. Additive Engineering for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells (DOI: 10.1002/aenm.201902579)
钙钛矿太阳能电池(PCSs)由于其高吸收系数、高载流子迁移率、长扩散长度和可调直接带隙,在2019年已达到25.2%的效率。然而,由于钙钛矿薄膜的固溶处理和快速晶体生长的特性,由于前驱体的组成和加工条件的不同,会形成各种各样的缺陷。添加剂的使用可以影响钙钛矿晶体的结晶和成膜,在体和/或表面的缺陷钝化,以及影响结构和能量学的界面调节。这里,根据以下常见类别讨论了钙钛矿薄膜形成过程中添加剂工程的最新进展:路易斯酸(如金属阳离子、富勒烯衍生物)、基于施主类型的路易斯碱(如O-施主、S-施主和N-施主)、铵盐、低维钙钛矿和离子液体。总结了各种添加剂辅助的界面优化策略,添加剂包括改善电子和空穴输运层的改性剂以及改善钙钛矿表面性质的改性剂。最后,对PSCs发展中添加剂工程的研究趋势进行了展望。

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