这位大神 五次刷新钙钛矿电池效率世界纪录！

以下对2019年国内外重要科研团队的代表性重要成果进行了梳理，今天，我们要介绍的是韩国蔚山国立科技大学的Sang II Seok教授课题组。

（来源：微信公众号“纳米人”ID：nanoer2015）

Sang II Seok教授是蔚山科学技术大学（UNIST）能源与化学工程学院教授，兼任韩国化学技术研究所（KRICT）研究员。Sang II Seok团队主要研究内容为介孔结构/半导体纳米晶体（包括量子点和有机金属卤化物钙钛矿材料）/有机空穴导体用于高性能无机-有机混合光伏电池包括光电探测器、太阳能电池以及其他新型应用。

2014年，Sang IISeok团队开创了一步反溶剂法制备高质量钙钛矿薄膜的工艺。该工艺至今仍是制备高效稳定钙钛矿光伏器件的最有效方法之一(Nature Mater13,897–903(2014).被引用超过4200次)。

下面，我们简要介绍Sang II Seok教授课题组2019年部分重要成果和综述，供大家交流学习。（仅限于通讯作者文章，以online时间为准）

综述类

1、Chem. Soc. Rev.综述：钙钛矿前躯体溶液化学：从基础到光伏应用

在过去几年中，无机-有机杂化钙钛矿在光伏性能和器件稳定性方面取得了显著成就。尽管在光伏应用方面取得了重大进展，但仍然缺乏对前躯体溶液化学基本原理的深入理解。Sang II Seok团队系统描述了溶液中成核和晶体生长过程的基本知识，包括LaMer模型和Ostwald熟化过程。同时，重点介绍了溶液中前体配位分子相互作用的最新进展，以及反溶剂在溶剂工程过程中控制成核和晶体生长的作用。此外，给出了从前体溶液到钙钛矿膜形成的化学途径，由配位分子相互作用和中间体生成，以形成均匀和致密的钙钛矿膜。在全面评估的基础上，Seok提出了一些观点，通过精确控制成核和前体溶液中的晶体生长，进一步实现长期稳定的高性能钙钛矿太阳能电池。

Perovskite precursor solution chemistry: fromfundamentals to photovoltaic applications. Chem. Soc. Rev.Doi:10.1039/C8CS00656C.http://dx.doi.org/10.1039/C8CS00656C

2、AFM综述:金属氧化物传输层用于高效稳定的钙钛矿太阳能电池

目前，钙钛矿太阳能电池（PSC）的效率约为24％。为了制造这种高效率的PSC，必须使用电子和空穴传输层来有效地分离由钙钛矿层的光生电荷，并选择性地分离提取的电子和空穴。除了效率之外，用于传输层必须具有对光、热和湿气的弹性，以确保PSC的长期稳定性。此外，需要低成本制造以通过溶液工艺在低温下形成电荷传输层。

为此，金属氧化物最适合作为PSC的电荷传输材料，因为其有成本低，长期稳定性和高效率等优点。Sang Il Seok团队回顾了PSC中使用的金属氧化物电子和空穴传输材料，并总结了这些材料的制备。最后，描述了金属氧化物基电荷传输材料的挑战和未来研究方向。

Shin, S. S., Lee, S. J., Seok, S. I., MetalOxide Charge Transport Layers for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells.Adv. Funct. Mater. 2019, 1900455.https://doi.org/10.1002/adfm.201900455https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201900455

3、AM综述：有机-无机杂化卤化铅钙钛矿的本征不稳定性

混合卤化铅钙钛矿的固有稳定性不是很高，并且由于有机成分和低的形成能，其在暴露于湿气，光或热时是化学不稳定的。尽管化学稳定性的改进是至关重要的，但改变材料成分是极具挑战性的。混合卤化铅钙钛矿对掺杂或添加不同阳离子和阴离子引起的物理性质变化具有非常高的耐受性，在许多情况下显示出改善的性质。

Sang Il Seok团队综述了混合卤化铅钙钛矿的固有不稳定性与晶相和化学稳定性的关系。并建议甲脒离子（FA）应用于卤化铅卤化物的化学稳定性而不是甲胺离子（MA）。此外，用α-FAPbI3稳定晶相的添加剂应避免使用MA。

Intrinsic Instability of Inorganic–Organic Hybrid Halide Perovskite Materials. Adv. Mater.Doi:10.1002/adma.201805337.https://doi.org/10.1002/adma.201805337

4、AM综述: 铁电体和混合卤化物钙钛矿

近日，新南威尔士大学GauravVats、Jan Seidel联合SangIl Seok团队对未来多功能能量转换和存储器件的钙钛矿材料（无机-有机杂化卤化物钙钛矿和铁电钙钛矿）的进行了类比，阐述了最先进的技术，概念以及给出了对发展前景的见解。最新进展突出了混合钙钛矿在高效太阳能电池方面的巨大潜力。这些材料的固有极性特性，包括铁电性，为同时利用几种能量转换机制提供了额外的可能性，例如压电，热电和热电效应以及电能存储。

这些现象的存在可以支持钙钛矿太阳能电池的性能。使用这些效应（压电，热电和热电效应）的能量转换也可以通过改变光强度来增强。因此，存在一系列调节钙钛矿的结构，电子，光学和磁性的可能性，以使用多于一种机制同时收集能量以实现提高的效率。这需要对概念，机制，相应的材料属性以及与这些影响有关的基础物理有基本的了解。

Mutual Insight on Ferroelectrics and HybridHalide Perovskites: A Platform for Future Multifunctional Energy Conversion. AM2019.DOI: 10.1002/adma.201807376https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201807376

研究类

5、AEM：S8稳定前驱体溶液和钙钛矿层

高效钙钛矿太阳能电池（PSC）主要通过溶液涂覆工艺制造。然而，器件的效率随着前体溶液的老化时间而显著变化，其包括钙钛矿组分的混合物，尤其是甲基铵（MA）和甲脒（FA）阳离子。

Sang Il Seok团队深入研究了（FAPbI3）0.95（MAPbBr3）0.05的钙钛矿前体溶液如何随时间降解以及如何有效抑制这种降解，并讨论了降解的相关机理。前体溶液的这种降解与通过MA的去质子化产生挥发性甲胺，进而引起FA溶液中的MA阳离子的损失密切相关。由于胺-硫配位作用，元素硫（S8）的添加极大地稳定了前体溶液，而不损伤衍生的PSC的效率。此外，引入的硫以稳定前体溶液并改善的器件稳定性。

Stabilization of Precursor Solution andPerovskite Layer by Addition of Sulfur. Advanced Energy Materials, 2019.DOI: 10.1002/aenm.201803476https://doi.org/10.1002/aenm.201803476

6、AM：高效Sb0.67Bi0.33SI太阳能电池

Sb1-xBixSI是一种具有准一维SbSI的同构材料，拥有良好的半导体和铁电性能，但不适用于太阳能电池。SangIISeok团队以合金化的Sb0.67Bi0.33SI（ASBSI）作为光采集层制备太阳能电池。ASBSI是通过溶解在DMF中的三碘化铋与三硫化锑薄膜通过250 ℃化学浴沉积、惰性气氛下反应制备;该合金具有很好的带隙（1.62 eV）。

以聚[2,6-（4,4-双（2-乙基己基）-4H-环戊二烯并[2,1-b; 3,4-b']二噻吩）-alt-4,7-（2,1,3-苯并噻二唑）]为空穴传输层可制备出了效率（PCE）高达4.07％的太阳能电池。此外，未封装的器件表现出良好的综合稳定性，在60％相对湿度下，超过360小时仍然能保留92％的初始PCE，在1个太阳光照射1254分钟后保留初始值的93％；在空气气氛中，85 ℃储存360小时后仍保留初始值的92％。

Efficient Solar Cells EmployingLight-Harvesting Sb0.67Bi0.33SI.AdvancedMaterials, 2019.DOI: 10.1002/adma.201808344https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201808344

7、EES：Sr掺杂的BaSnO3，一种具有普适性的新型电子传输材料

尽管很多高效率的染料敏化太阳能电池(DSSCs)和钙钛矿太阳能电池（PSCs）都以TiO2作为电子传输层，但是TiO2有着较低的电子迁移率以及很难调控的能级，一定程度上不是最理想的电子传输层。Sang Il Seok和In Sun Cho团队通过低温溶液过程制备Sr掺杂的BaSnO3作为一种可替代TiO2的新型电子传输层。

Sr掺杂可以调控BaSnO3能级，能够减少电子传输层和钙钛矿/电解质活性层界面处的开路电压的损失，从而提升开路电压及能量转换效率（PCE）。此外，(Ba, Sr)SnO3相比于TiO2有着更出色的光照稳定性。(Ba, Sr)SnO3被认为是一种具有普适性的电子传输层材料，可在染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池得到广泛的应用。

Energy-level engineering of the electrontransporting layer for improvingopen-circuit voltage in dye andperovskite-based solar cells. Energy& Environmental Science, 2019.DOI: 10.1039/C8EE03672Ahttps://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c8ee03672a#!divAbstract

8、Nano Lett.: 杂化卤化物钙钛矿的长期化学老化过程

混合卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）的功率转换效率（PCE）已经超过了24％，因此致力提高其商业化的长期稳定性十分重要。在先前的研究中，在钙钛矿膜形成期间添加一定量的离子化碘化物（triiodide: I3- ）离子可减少钙钛矿层中的深层缺陷显著提高了PSC的效率。了解这些缺陷浓度与PSC长期化学老化之间的关系，不仅可以获得钙钛矿材料的基本见解，而且对于研究PSC的长期化学稳定性也很重要。

在此，SangIl Seok联合汉阳大学Eun Kyu Kim团队通过比较对照和低缺陷（LD）器件的性能，在基于甲脒三碘化铅的PSC的黑暗中长期化学老化期间鉴定PCE中天然衰变的起源。老化200天后，发现LD装置的PCE变化（1.3％）是对照装置的一半（2.6％）。该研究团队使用掠入射广角X射线散射，深层瞬态光谱，扫描光电发射显微镜和X射线光发射光谱来研究这种差异。发现添加I3-可减少卤化钙钛矿（HP）中氢氧化物和氧的量，从而影响缺陷的迁移和HP的结构转变。

Long-term Chemical Aging of Hybrid Halide Perovskites.Nano Lett. 2019.DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02142.https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.9b02142?rand=ceue26g1

9、AEM：22.9％认证效率！2D/3D钙钛矿太阳能电池

在三维（3D）钙钛矿上的二维（2D）结构（2D/3D）可有效提高效率和稳定性。但是，作为3D钙钛矿薄膜上的钝化层的2D结构的电性能和对水分渗透的抵抗力可能会根据烷基链的长度而变化。另外，在3D层上的2D本身的表面缺陷也可能受到2D结构与空穴导电材料之间的相关性的影响。因此，有必要进行系统的界面研究以形成2D结构的长链烷基碘化铵的烷基链长度。

在此，Sang Il Seok团队将形成的二维界面层与3D（FAPbI3）0.95（MAPbBr3）0.05钙钛矿薄膜上的碘化丁基铵碘化物（BAI），碘化八烷基碘化铵（OAI）和碘化十二烷基碘化铵（DAI）碘化物进行比较。随着烷基链长度从BA到OA到DA的增加，电子阻断能力和耐湿性明显提高，但是OA和DA之间的差异并不大。经OAI后处理的PSC的PCE略高于经BAI和DAI处理的PSC，经认证的稳定效率为22.9％。

OptimalInterfacial Engineering with Different Length of Alkylammonium Halide forEfficient and Stable Perovskite Solar Cellshttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201902740

10、Science：23.7%效率！稳定的α-FAPbI3钙钛矿电池

通常，包含FA，MA，铯，碘和溴离子的混合阳离子和阴离子可用于稳定钙钛矿太阳能电池中基于FA的三碘化铅（FAPbI3）的黑色α相。但是，诸如MA，铯和溴之类的添加剂会扩大其带隙并降低热稳定性。Sang Il Seok团队通过掺杂二氯化亚甲基二铵（MDACl2）稳定了α-FAPbI3相，并获得了26.1至26.7mA cm-2的认证短路电流密度。

经过认证的功率转换效率（PCE）为23.7％，在运行600小时后，在包括紫外线在内的环境条件下，在完全阳光照射下跟踪最大功率点，可以保持超过90％的初始效率。即使在150°C的空气中退火20小时后，未封装的器件也保留了其初始PCE的90％以上，并且相对于通过MAPbBr3使FAPbI3稳定的控制器件，其具有出色的热稳定性和湿度稳定性。

Efficient,stable solar cells by using inherent bandgap ofα-phase formainium lead iodide, Sicence.https://science.sciencemag.org/content/366/6466/749

11、Adv.Sci.: 碘化丁基锍，提高钙钛矿电池的抗湿性

卤化物钙钛矿中的许多有机阳离子已被研究用于钙钛矿太阳能电池（PSC）中。PSC中的大多数有机阳离子均基于质子氮核，易质子化。Sang Il Seok团队设计了一种新的烷基化锍阳离子（丁基二甲基锍离子；BDMS），并成功地将其组装到PSC中，以提高湿度稳定性。

基于BDMS的钙钛矿保留了原始钙钛矿的结构和光学特征，从而具有可比的光伏性能。然而，BDMS的完全烷基化的非质子性质对湿度稳定性的提高表现出更为明显的影响，这强调了质子铵和非质子锍阳离子之间的通用电子差异。目前的结果将为探索阳离子以开发有前景的PSC铺平道路。

Enhanced Moisture Stability byButyldimethylsulfonium Cation in Perovskite Solar Cells，Advanced Science, 2019https://doi.org/10.1002/advs.201901840

最后，一起欣赏SangIl Seok团队那些年发过的Science，Nature以及高被引的重磅研究！

1. Efficient inorganic–organic hybridheterojunction solar cells containing perovskite compound and polymeric holeconductors，2013（被引用超过2200次）

2. Solvent engineering for high-performanceinorganic–organic hybrid perovskite solar cells，2014 （被引用超过4200次）

3. Compositional engineering of perovskitematerials for high-performance solar cells，2015（被引用超过3500次）

4. High-performance photovoltaic perovskitelayers fabricated through intramolecular exchange，2015（被引用超过4300次）

5. Colloidally prepared La-doped BaSnO3electrodes for efficient, photostable perovskite solar cells，2017（被引用超过650次）

6. Iodide management informainium-lead-halide–based perovskite layers for efficient solar cells，2017（被引用超过3000次）

7. Challenges for commercializing perovskitesolar cells，2018（被引用超过250次）

8. Efficient, stable solar cells by usinginherent bandgap of α-phase formainium lead iodide，2019（被引用6次）

（数据来源于谷歌学术）