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12月【第二周】光伏方向文献速览

作者:东谱科技 浏览: 发表时间:2025-12-12 10:44:27



01

晶界能带反转策略实现了宽带隙钙钛矿太阳能高效率与环境制备的兼容性

本文提出了一种晶界能带反转策略,采用二丁基二硫代氨基甲酸铅(PbDBuDTC)作为界面钝化剂,同时实现了对1.68 eV宽带隙钙钛矿薄膜的缺陷钝化以及晶界与晶粒间能带弯曲方向的反转。开尔文探针力显微镜结果表明,PbDBuDTC处理反转了晶界与晶粒内部的功函数差异,将原本的p-n-p型结转为n-p-n结,从而促进了电荷分离。结合对空位缺陷的钝化作用,基于该策略的倒置结构器件实现了22.2%的功率转换效率,是目前空气中制备的1.68eV宽带隙钙钛矿电池中最高效率之一。此外,PbDBuDTC的还原性(能将I2和I3-还原为I-)以及疏水性丁基链的引入,赋予了器件优异的稳定性:未封装的器件在25 °C、30% RH条件下放置1000小时后,仍能保持初始效率的90.7%。本研究通过晶界能带反转策略,成功实现了高效率与环境制备的兼容性,推动了钙钛矿光伏技术的产业化进程。

https://faculty.sdu.edu.cn/yuweiyong/zh_CN/


02

效率超20%!柔性钙钛矿太阳能模块用上碳纳米管,弯折千次不衰减

本研究探索了将单壁碳纳米管(SWCNTs)作为窗口电极应用于可扩展f-PSMs的制造,实现了超过20%的卓越功率转换效率(PCE)。SWCNT薄膜的优异稳定性使得所制备的f-PSMs能够在承受各种外部应力的同时保持高性能。在模拟真实环境条件(包括昼夜循环)下,基于SWCNT的f-PSMs表现出比采用传统氧化铟锡(ITO)电极的对比器件更优越的稳定性。通过用易获得的SWCNT替代稀缺且昂贵的ITO,这项工作强调了SWCNT在提升柔性太阳能技术可持续性与可扩展性方面的潜力。这些发现弥合了实验室研究与实际制造应用之间的差距,推动了柔性光伏的商业化进程。

https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102225


03

效率突破30%!复合中间复合层的高效钙钛矿/Cu(In,Ga)Se₂串联太阳能电池

本研究通过开发一种由Al:ZnO/Au/NiOx/[4-(7H-二苯并[c,g]咔唑-7-基)丁基]膦酸(4PADCB)组成的复合结构IRL,有效解决了上述问题。该混合NiOx/4PADCB空穴传输层增强了界面缺陷钝化、优化了能带对齐并提升了少数载流子提取效率,而超薄Au层则显著提高了多数载流子的复合速率。经过优化设计的串联器件在0.51 cm²面积上实现了28.04%的转换效率,在0.15 cm²面积上更是达到30.71%(经外部机构验证为30.1%),并具备80.9%的极高填充因子,同时表现出优异的光稳定性和热稳定性。这项工作使单片钙钛矿/CIGS串联电池与领先的钙钛矿/硅(34.9%)和钙钛矿/钙钛矿(30.1%)技术相媲美,为下一代光伏技术提供了可扩展、多功能的框架。

https://doi.org/10.1038/s41467-025-67350-y


04
破解SnO₂团聚难题!磷酸盐缓冲策略实现钙钛矿电池26.4%高效率与超强稳定性

本文报道了一种磷酸盐缓冲合成策略,可有效稳定SnO₂胶体。该缓冲体系在合成过程中维持稳定pH,动态调控颗粒间静电斥力以抑制团聚并促进均匀分散。该方法可精确调控所得SnO₂薄膜的表面羟基与氧空位浓度,从而促进高效电子传输并减少界面复合。基于此,钙钛矿太阳能电池实现了26.40%的高能量转换效率,并表现出优异的工作稳定性。封装器件在ISOS-L-1、ISOS-L-2和ISOS-O-1标准下分别保持初始效率的99%、84%和95%。此外,活性面积为12.6 cm²的钙钛矿太阳能模块(5 cm × 5 cm)实现了23.11%的高效率。这些结果凸显了该策略在大面积、高性能光伏模块中的可扩展性与实用潜力。

https://doi.org/10.1002/adma.202518260


05

原位双区域选择性锚定两性离子凝胶实现高效且机械耐用的柔性钙钛矿太阳能电池

本研究开发了一种利用两性离子凝胶单体3-(1-乙烯基-3-咪唑)丙烷磺酸盐(VIPS)的原位双区域锚定策略,以应对这一挑战。得益于其磺酸基团与Pb²⁺的强配位作用以及与自组装单分子层的π共轭作用,VIPS能够选择性分布于钙钛矿晶界和埋底界面。经原位聚合后,形成柔性网络,同时释放内部晶格应变和界面应力。这种靶向分布确保在不同变形模式的应力集中区域均能实现有效的机械强化。VIPS修饰的器件在0.11 cm²面积上实现25.45%的效率,在20.21 cm²面积上实现22.47%的效率(认证效率21.45%),在749 cm²面积上实现17.75%的效率。在室内光照条件下,VIPS修饰的柔性器件效率超过40%。优异的机械与环境稳定性进一步验证了该策略的可行性。这一可扩展策略为柔性钙钛矿研究迈向场景感知型器件设计搭建了桥梁。

https://doi.org/10.1002/aenm.202505869


06

蒸汽辅助无损封装策略实现高效空气处理钙钛矿太阳能电池的全生命周期调控

本文开发了一种无损封装策略,以实现空气处理PSCs的全生命周期管理。通过3-巯基丙基三乙氧基硅烷(MPTES)蒸汽分子的快速自吸附和水触发聚合,在钙钛矿和金电极表面构建了均匀致密的封装层。MPTES分子可改善钙钛矿结晶性并消除多种缺陷,减轻环境水的不利干扰,减少杂质残留并诱导钙钛矿晶体定向生长。此外,该封装层抑制了金属电极制备过程中钙钛矿的FA⁺/I⁻离子损失,确保薄膜与最终器件性能优化的一致性。因此,空气处理的FA基PSCs实现了26.10%的优异效率,并具备高制备重复性,在湿热测试中1200小时后仍保持85%的初始效率。此外,采用无损封装的报废PSCs显著降低了有毒铅泄漏,避免了环境污染与生物安全威胁。本工作为空气处理PSCs的全生命周期管理提供了一条有前景的途径。

https://doi.org/10.1002/adfm.202524518


07

 ITO纳米颗粒稳定倒置钙钛矿太阳能电池中空穴传输层的自组装

本研究引入功能化的氧化铟锡纳米颗粒(INPs),以促进并增强SAM在基底上的自组装。INPs富含‑OH基团,可均匀锚定SAM分子。与ITO基底上传统物理吸附、易脱附的‑OH不同,INPs上的‑OH基团键合稳定,能耐受溶剂冲洗和长期老化,从而抑制器件老化过程中SAM的脱附。因此,基于INPs的PSCs实现了26.44%的高效率,并在ISOS-L-2测试协议下表现出良好的运行稳定性,在85°C连续光照最大功率点跟踪后仍保持约91%的初始效率。

https://doi.org/10.1002/adma.202517573


08
π-共轭偶极结构:通过协同偶极叠加实现太阳能电池阴极修饰、欧姆接触与缺陷钝化

本研究精心设计了四种具有不同锚定基团和分子内偶极矩的偶极分子,旨在系统研究偶极分子作为阴极界面层的设计策略。通过协同利用分子内偶极与锚定基团-金属电极间形成的偶极,Rh-Py可显著增强界面偶极矩,不仅有效强化内建电场,还优化了有机太阳能电池的欧姆接触,使其能量转换效率突破20%。此外,Rh-Py与Pb²⁺之间的强相互作用可有效钝化钙钛矿薄膜中的Pb²⁺缺陷。当作为钙钛矿太阳能电池的反溶剂添加剂时,Rh-Py能够显著降低非辐射能量损失、提高开路电压,实现高达25.80%的效率。本研究揭示了全共轭偶极分子作为新型界面层材料的设计原理,并展示了其在有机与钙钛矿太阳能电池中的多样化应用潜力。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c13145


09

利用原位扫描透射电镜可视化钙钛矿量子点的应变耦合低温相变与缺陷动力学

本研究结合高分辨高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)、四维扫描透射电镜(4D STEM)与光致发光光谱技术,对CsPbBr3钙钛矿量子点在温度驱动下的相变和缺陷动力学提供了直接的纳米尺度解析。室温亚埃级成像揭示了量子点中卤化铅钙钛矿晶格固有的原子特征与八面体倾斜,表明其在受热扰动前已处于预倾斜的低对称性状态。低温冷却可诱导可逆的正交相向单斜相转变,该现象区别于块体钙钛矿行为,并伴随表面与晶界处超过20%的严重应变局域化。受控的低温后合成处理能有效修复缺陷并提升辐射复合效率,而 prolonged 的低温处理则会导致不可逆的结构退化。这些发现揭示了钙钛矿量子点本征的结构柔性,并为优化量子点在各类光电器件中的稳定性与效率提供了一种可扩展的后合成处理方法。

https://doi.org/10.1002/advs.202516496


10

硫代羧酸盐介导的缺陷抑制与碘分子清除:实现22.16%高效稳定CsPbI₃钙钛矿太阳能电池

本文引入吡咯烷二硫代氨基甲酸铵(AP)作为多功能界面修饰剂。AP中的硫代羧酸盐基团可强螯合欠配位Pb²⁺,钝化缺陷并抑制铅泄露;其含氮部分与I⁻形成氢键,抑制碘空位形成。尤为关键的是,AP的氧化还原活性可化学清除已有I₂并阻止其在热/环境应力下生成。这些协同作用促进薄膜结晶度提升、陷阱密度降低、界面能级优化及电荷提取增强。AP修饰后的CsPbI₃ PSCs实现了22.16%的显著提升光电转换效率和1.29 V的开路电压。此外,器件表现出优异的运行稳定性,在最大功率点持续光照1000小时后仍保持97%的初始效率。本工作证明了AP作为高效界面调控剂的有效性,并为稳定高效全无机PSCs的多功能分子工程提供了新思路。

https://doi.org/10.1002/adma.202512308


11

一种通用弹性体增韧剂用于解决高效有机太阳能电池的脆性问题

本文引入一种广泛适用的策略,使用弹性体SEEPS,其通过精细调节与受体的相容性来实现OSCs的增韧。本研究基于动态力学分析定义了一个增韧参数η,该参数定量关联弹性体-受体的相容性与机械增强效果。SEEPS诱导显著的次级弛豫以耗散应变能,使断裂应变提高超过11倍。原位掠入射X射线散射表明,SEEPS在应变下能保持分子堆积并抑制相分离。所得本征可拉伸OSCs在40%应变下经500次拉伸-释放循环后仍保持五分之四的初始效率,并在52%应变下仍维持五分之四的效率。该工作实现了创纪录的超过16%的效率,同时保持了优异的机械拉伸性,为高性能可拉伸光伏提供了新的设计思路。

https://doi.org/10.1002/adma.202516229


12
用可印刷碳阴极增强p-i-n型钙钛矿太阳能电池的可行性:极性反转的起源

本研究通过引入具有良好机械耐久性和n型掺杂水平的氧化锡(SnOₓ)中间层,成功将碳从空穴收集阳极转变为电子收集阴极,显著降低了电子提取势垒,使碳电极效率(21.8%)与银电极(24.0%)之间的差距大幅缩小。这一进展显著提升了PSCs的实用性:效率的轻微下降被预期使用寿命的3倍提升(>8,000小时)和材料成本降低60%所抵消,凸显了碳作为低成本替代材料在p-i-n型PSCs产业化中的潜力。

https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102224


13

原位熵配体工程实现高效率量子点太阳能电池

本文报道了一种高效的原位熵配体工程策略,使用双(2-乙基己基)磷酸酯(DEHP)来提升有机-无机杂化FAPbI₃量子点的分散性和电荷传输性能。DEHP的支链2-乙基己基尾部增加了构型熵,改善了溶剂相互作用和胶体稳定性。此外,其磷酸头锚定基团表现出更强的结合强度,增强了表面钝化并减少了量子点核间相互作用。通过优化熵配体的添加,DEHP封端的量子点表现出高胶体稳定性和良好的光学性能,使量子点太阳能电池实现了18.68%的功率转换效率(认证值18.23%),并提升了稳定性。我们相信这些发现为金属卤化物量子点的设计与合成提供了重要见解,有助于构建适用于光电器件的高质量薄膜。

https://doi.org/10.1038/s41467-025-67340-0


14

金属茂盐作为可调控掺杂剂提升钙钛矿太阳能电池效率

本文介绍了一类基于金属茂盐的通式化p型掺杂剂([M(C₁₀H₁₀₋ₙ)(X)ₙ]⁺[Y]⁻),能够满足上述要求。该方法的关键在于能够通过氧化还原活性金属阳离子(M)和环戊二烯环上官能团(X)独立调控阳离子,从而控制氧化强度;同时,通过对阴离子(Y)的调控,可以控制掺杂OSC⁺盐的掺杂效能和稳定性。本研究系统探究了阳离子和阴离子结构对OSC掺杂的影响,阐明了用于掺杂剂设计的结构-性能关系。我们揭示了掺杂机制,并证明此类掺杂剂可将钙钛矿/OSC异质结处的空穴提取效率提升45%。使用金属茂盐掺杂剂的钙钛矿/OSC光活性层,相比使用传统LiTFSI基掺杂剂的薄膜,对湿气诱导降解的耐受性显著增强。最后,在n-i-p结构钙钛矿太阳能电池中展示了优化的二茂铁盐掺杂剂的应用,实现了无LiTFSI、无添加剂的器件,其光电转换效率高达25.30%。

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee05482f


15

米级无富勒烯锡基钙钛矿太阳能电池实现14.51%认证效率

本文采用非富勒烯ETL,即氟化三受体聚合物(P1、P2和P3),其具有成本低、合成简单、电子迁移率高和结构灵活性好等优势。这些聚合物能与锡基钙钛矿层形成连续、共形的界面,实现更强、更均匀的相互作用,尤其在大面积器件中表现突出。其中,P3实现了最优的能级对齐和高效的电子传输,使得0.04 cm²器件效率达16.06%(认证15.90%),1 cm²器件效率达14.67%(认证14.51%),优于富勒烯基器件。得益于P3的长烷基侧链和氟取代基的疏水性,两种器件在连续1太阳光照550小时后仍能保持初始效率的85%以上。该研究展示了非富勒烯ETL在锡基钙钛矿光伏中的潜力。

https://doi.org/10.1038/s41560-025-01919-1


16
异质界面生长平衡策略实现高效率与机械稳定的柔性钙钛矿太阳能电池

本研究通过配体辅助的异质界面生长平衡策略,同步调控异质界面处的成核过程并延长生长窗口,实现了钙钛矿的协同结晶。该方法制备出高质量薄膜,表现为埋底孔洞减少、断裂能提升、残余应力显著降低、弹性顺应性增强,从而本质上增强了钙钛矿材料的机械耐久性。所得柔性器件实现了25.76%的优异光电转换效率,并展现出卓越的弯曲稳定性——在4毫米弯曲半径下经历30,000次弯曲循环后仍保持90%以上的初始效率。值得注意的是,这是在效率≥25.5%的柔性钙钛矿光伏器件中迄今报道的最佳弯曲性能。本研究还首次在光-机械耦合条件下采用ISOS-LM-1标准评估了柔性器件的运行稳定性。该工作凸显了钙钛矿本征结晶性与机械调控的关键作用,为发展高效且机械稳定的柔性光伏提供了可行路径。

https://doi.org/10.1002/adfm.202525744


17

全环境激光退火制备高效钙钛矿-有机光伏叠层太阳能电池

本文首次报道了基于PM6:Y6体系的钙钛矿叠层太阳能电池及有机光伏(OPV)电池的全环境激光退火制备。研究中所有退火步骤——包括混合自组装单分子层空穴传输层、1.78 eV宽带隙钙钛矿层以及PM6:Y6 OPV吸收层——均采用CO₂激光在环境气氛中完成。优化的1.78 eV钙钛矿器件获得了1.34 V的高开路电压和20.2%的效率,并显著抑制了相分离。首次实现的环境激光退火PM6:Y6 OPV电池效率达16.8%,为目前报道的激光退火OPV电池中的最高值。研究发现,激光退火制备的PM6:Y6薄膜比传统热板退火薄膜更平整,从而改善了PM6:Y6/C₆₀界面质量。最终,首个全激光退火钙钛矿-OPV叠层器件实现了14.3 mA·cm⁻²的短路电流密度、2.10 V的开路电压、79.6%的填充因子和24.0%的效率,与当前最先进的钙钛矿-OPV叠层性能相当。激光退火叠层器件还表现出优于传统热板退火器件的热稳定性。该研究展示了激光退火在叠层太阳能电池量产中具有的高时间效率与广阔应用前景。

https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102221


18

双模式分子调控钙钛矿结晶,实现高效稳定的FAPbI₃太阳能电池与组件

本研究引入二苯基碳酸酯作为双功能分子调控剂,可同时调控FAPbI₃薄膜的成核与生长过程。通过协同的羰基-Pb²⁺共价配位与芳香π-Pb²⁺非共价相互作用,DPC促进了PbI₂的前期聚集,降低了成核能垒,同时其与前驱体的强结合延缓了晶体生长。这种协同调控机制获得了均匀、大晶粒的钙钛矿薄膜,并显著降低了缺陷密度。因此,基于DPC的钙钛矿太阳能电池实现了26.61%的冠军效率(认证效率26.21%),优于对照组器件(23.65%)。基于DPC的可扩展微型组件(有效面积14.0 cm²)效率达到21.24%。此外,DPC修饰的器件展现出卓越的稳定性,在ISOS-D-3加速老化条件下储存1200小时后,以及在ISOS-L-2协议下进行1100小时最大功率点跟踪后,仍能保持超过90%的初始效率。这些研究结果为克服钙钛矿固有的结晶瓶颈提供了一种普适性分子策略,推动了钙钛矿光伏向高效、稳定、可规模化应用的方向发展。

https://doi.org/10.1002/adma.202517246


19

突破24.13%!邻苯二胺分子壁“同步”卤素插入实现高效宽禁带钙钛矿电池

本研究揭示了卤素异步插入伴随随机晶面和晶向的问题,限制了载流子的有效提取。通过密度泛函理论计算指导,我们利用邻苯二胺构建了π-共轭分子壁结构。该分子壁位于晶界处,通过邻二胺基团诱导模板化钙钛矿结晶,实现了[PbBr6]4-和[PbI6]4-的同步卤素插入。经过邻苯二胺处理的钙钛矿薄膜表现出优选的(100)晶面和高度垂直的晶体取向。得益于改善的载流子提取性能,所得宽禁带钙钛矿太阳能电池(带隙1.69 eV)实现了24.13%的光电转换效率(认证效率23.43%),是目前宽禁带钙钛矿电池中最高效率之一。同时,提升的钙钛矿晶体质量也显著增强了器件的操作稳定性。

https://doi.org/10.1038/s41467-025-66970-8


20

通过晶界缓冲调控拉伸应变实现柔性钙钛矿太阳能电池的高效稳定

本研究通过引入金属螯合物,调控钙钛矿薄膜的纳米力学性能。金属螯合物嵌入钙钛矿晶界,形成均匀分布的拉伸应变场。通过研究拉伸应变对薄膜微观结构和光伏性能的影响,柔性钙钛矿太阳能电池实现了24.47%的功率转换效率。该策略不仅聚焦于薄膜的纳米力学特性,还揭示了其物理性能与机械柔韧性之间的内在联系。

https://doi.org/10.1038/s41467-025-67027-6


21

锁铅”又“固底”:离子液体MEM-MIM-Cl实现钙钛矿电池高效率与高稳定

本研究设计了一种带有乙二醇醚侧链的离子液体——甲氧乙氧甲基-1-甲基咪唑氯化物(MEM-MIM-Cl),通过与NiOₓ的协同作用调控钙钛矿生长并稳定埋底界面。MEM-MIM-Cl通过与欠配位Pb(II)发生螯合作用,诱导形成新型中间相,从而抑制缺陷及缺陷诱导的降解。引入MEM-MIM-Cl的太阳能电池实现了25.9%的光电转换效率,并在90°C热应力与持续1倍太阳光照射下1500小时后仍保持90%的初始性能——该稳定性在更严苛的老化条件下超越了先前报道的基准。此外,昼夜循环老化测试表明器件具有前所未有的抗疲劳性能,突显了MEM-MIM-Cl在同步提升效率与操作稳健性方面的双重作用。本工作阐明了功能性离子液体的设计原则,推动钙钛矿光伏向工业化应用迈进。

https://doi.org/10.1038/s41560-025-01906-6


12月【第二周】光伏方向文献速览
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