首推！大牛系列杨阳教授：2023年钙钛矿器件集锦

知光谷联编辑部对2023年国内外科研团队在杨阳教授团队的最新重要进展进行了梳理，总结了钙钛矿太阳能电池、钙钛矿发光二极管、有机太阳能电池以及钙钛矿材料的其他应用，今天给大家分享热点材料新兴应用。

1.Nature：甲脒钙钛矿的定向成核

FAPbI 3 钙钛矿的黑相显示出作为高效光伏材料的巨大前景，但它在室温下并不受到热能的青睐，这意味着在结晶过程中，不受欢迎的黄色相总是与它一起存在。这个问题使得制定钙钛矿的快速结晶过程和制定控制黑相FAPbI 3 形成的指南变得困难。

鉴于此，2023年6月21日浙江大学薛晶晶&洛桑联邦理工学院Mohammad K. Nazeeruddin&加州大学洛杉矶分校杨阳&西湖大学王睿于Nature刊发甲脒钙钛矿的定向成核用于光伏发电的研究成果，利用钙钛矿结晶过程的原位监测来报告定向成核机制，有助于避免不良相的存在并提高光伏器件在不同薄膜加工场景中的性能。由此产生的器件具有25.4%的功率转换效率（认证为25.0%），模组认证孔径效率高达 21.4%（27.83 cm2），令人印象深刻。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06208-z

2.Nat.Commun：超低非辐射复合的二元有机太阳能电池

非富勒烯受体基于有机太阳能电池代表了该领域的前沿，这归功于材料和形态操控的创新。有机太阳能电池研究的核心在于抑制非辐射复合损失并提高性能。

在这里，香港理工李刚教授/UCLA杨阳教授等人采用1,3,5-三氯苯作为晶化调节剂，开发了一种非单调的中间态操控策略，用于最先进的有机太阳能电池，该策略优化了薄膜的晶化过程，以一种非单调的方式调节了共混界面的自组织，即首先增强，然后放松分子聚集。成功避免了非富勒烯受体的过度聚集，实现了具有降低非辐射复合损失的高效有机太阳能电池。在PM6:BTP-eC9有机太阳能电池中，实现了19.31%的二元有机太阳能电池效率（18.93%认证），非辐射复合损失极低，为未来的有机太阳能电池研究提供了巨大的希望。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37526-5

3.Nature Sustainability：稳定的半透明有机光伏

半透明有机光伏（OPV）是一种新兴的太阳能收集技术，具有广泛的应用前景，例如为环保型温室提供屋顶能源供应。然而，OPV的操作稳定性较差，这对其作为连续服务设施的可行性提出了挑战。

在这里，大连理工大学Minhuan Wang，土耳其伊斯坦布尔马尔马拉大学Ilhan Yavuz和UCLA杨阳教授等人报告了一种用于半透明OPV的还原性中间层结构，可以改善OPV在连续太阳辐射下的操作稳定性。该中间层有效地抑制了在阳光下从电子传输层产生自由基，并在操作过程中防止了有机光活性层的结构分解。通过还原分子的电子捐赠功能基团，无效化了充当电荷载体复合位点的缺陷，从而提高了光伏性能。半透明OPV展示出13.5%的转换效率和21.5%的平均可见透射率，具有显著的操作稳定性（连续照明1,008小时后保持84.8%）。温室实验结果显示，半透明OPV屋顶有助于提高作物的存活率和生长，表明我们的方法在解决食品和能源挑战方面具有重要意义。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41893-023-01071-2

4.Nature materials：间隙掺杂抑制离子迁移

具有适当尺寸以占据钙钛矿晶体间隙位置的阳离子已广泛用于抑制离子迁移并提高钙钛矿光电子器件的性能和稳定性。然而，这种间隙掺杂不可避免地会导致晶格微应变，损害晶体的长程有序性和稳定性，造成一种牺牲性的权衡。

在这里，耳其伊斯坦布尔马尔马拉大学Ilhan Yavuz、韩国水原成均馆大学Jin-Wook Lee和UCLA杨阳教授等人揭示了间隙阳离子的氧化态对抑制离子迁移效果的明显影响。相较于常用的一价阳离子掺杂剂（如Na+，0.45%），三价的钕阳离子（Nd3+）的少量掺杂（0.08%）有效地减轻了钙钛矿晶格中的离子迁移。在最小化牺牲性权衡的情况下，通过微量掺杂Nd3+，原型钙钛矿太阳能电池的光伏性能和操作稳定性得到了提高。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41563-022-01390-3

5.JACS：晶面钝化制备高效钙钛矿电池

了解表面结构和钝化材料之间的相互作用及其与表面结构改性相关的影响至关重要；然而，这仍然是钙钛矿钝化领域尚未解决的问题。成均馆大学Seok Joon Kwon, Cheol-Woong Yang以及加州大学洛杉矶分校杨阳等人报道了通过面相关钝化现象实现高效钙钛矿太阳能电池的表面钝化原理。

钝化过程选择性地发生在刻面上，通过具有不同功能的各种后处理材料观察到，刻面的原子排列决定了钝化层的排列。对晶面依赖性钝化的深刻理解导致发现2-脒基吡啶氢碘化物作为在（100）和（111）晶面上均匀有效钝化的材料。

因此，研究人员实现了效率高达25.10%且稳定性增强的钙钛矿太阳能电池。面依赖性钝化的概念可以为钙钛矿材料的未识别钝化原理提供重要线索，并为增强钙钛矿基器件的性能和稳定性提供新方法。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c09327

6.AM：大气湿度对FAPbI3钙钛矿重复性的影响

金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）因其批次间和实验室间稳定性和性能的不可重复性而臭名昭著。PSC 的可重复制造是市场可行性和实际商业化的关键要求。PSC 的不可重复性困扰着社区的各个层面；从机构研究实验室、初创公司到大型企业。

美国加州大学洛杉矶分校杨阳、成均馆大学Jin-Wook Lee以及劳伦斯伯克利国家实验室 Carolin M. Sutter-Fella等人揭示了大气湿度对调节甲脒三碘化铅（FAPbI3）钙钛矿的结晶和稳定的关键功能。

研究人员证明了加工过程中的湿度会引起钙钛矿化学计量、热力学稳定性和光电质量的深刻变化。几乎与直觉相反，我们表明湿度的存在对于复制相稳定且高效的基于FAPbI3的PSC可能是必不可少的。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202307265

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