蔡植豪Angew綜述反式鈣鈦礦太陽能電池應用廣泛，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)化的重要器件結構。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)合復旦大學張鴻團隊一起在Angew寫了一篇小型綜述。如下圖，他們統(tǒng)計了NiOx在反式結構電池的效率發(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用。NiOx的表面化學特性對于最大限度地提高器件性能和長期穩(wěn)定性至關重要，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，應開展更先進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中的應用，還有可能應用于正式結構鈣鈦礦電池結構中。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，關于反型鈣鈦礦太陽能電池中關鍵傳輸層之一——氧化鎳空穴傳輸層。這篇綜述由湖北大學物理與電子科學學院的顧豪爽教授和中國科學院半導體研究所的游經(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。化學方法制備的NiOx納米顆粒具有高結晶性和低溫沉積的優(yōu)點，使其與柔性器件相兼容。通過NiOx前驅體的原位反應，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，該綜述還詳細討論了改性摻雜策略，以克服NiOx導電性和能級結構的限制。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合。總體而言，選擇適當?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用至關重要。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——阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）的Stefaan De Wolf教授最近如日中天，自從學會了鈣鈦礦的制備，他的硅-鈣疊層電池效率，如下圖，已經(jīng)實現(xiàn)33.7%的認證效率，遙遙領先、遙遙領先~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/鈣鈦礦界面相關的問題，并提出了基于分子工程的解決方案，以應對許多金屬氧化物/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，這些是化學計量比失調、退火太快、制備過程等原因導致的。然而，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合問題。因此，需要發(fā)展雙面鈍化材料來解決非輻射復合問題，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。帶長鏈結構的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)生的應力。De Wolf教授還想設計發(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。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，雙贏的結局。
