【干货】近期太阳能电池最新研究进展汇总

太阳能电池是一种具有良好的前景能量存储与转换器件，也是当今新能源领域的研究热点。太阳能电池目前存在的最主要的问题是转换效率低。科学家们在不懈努力地改善此问题，不同类型太阳能电池的研究也在稳步推进。下面让我们一起来看看本周在各大顶级期刊上有哪些太阳能电池的研究进展吧。

1. Advanced Materials： 具有11%转换效率和优异的热稳定性的非富勒烯基聚合物太阳能电池

目前富勒烯基聚合物太阳能电池已经达到很高的转换效率；非富勒烯基太阳能电池转化效率虽然没有富勒烯基的高，但是其可调的分子能级和优异的光吸收性能还是获得了众多科学家的关注。

最近，中科院化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室首次展示了一种非富勒烯基的聚合物太阳能电池，其电池结构为ITO—ZnO(n-type interlayer)—PBDB-T+ITIC(BHJ layer)—MoO3(p-type interlayer)—Al。这种电池使用了PBDB-T（一种共轭聚合物）和ITIC（一种小分子化合物）这两种物质作为本体异质结（其中PBDB-T为电子给体，ITIC为电子受体），其转换效率可以达到11%以上，远高于富勒烯基太阳能电池，而且还具有优异的热稳定性。

这种电池表明非富勒烯基太阳能电池非常有潜力成为高效的太阳能电池，也为有机光伏领域的基础研究开辟了新的道路。

2. Angew. Chem. Int. Ed. ：一种高效率的染料敏化电池对电极：掺入单钴活性位点的石墨烯复合材料

对电极是染料敏化太阳能电池中催化还原反应的重要部分，对于提高电池效率也十分关键。目前广泛使用的是Pt对电极，但是Pt非常稀有且昂贵，想要实现染料敏化电池的大规模商业化就必须寻找其替代材料。

最近，中科院大连物化所催化基础国家重点实验室和中国工程物理研究院的邓德辉及张文华教授课题组将单钴活性位点掺入石墨烯基面（CoN4/GN），将其用作染料敏化太阳能电池的对电极来催化氧化还原对I-/I3-的相互转化，展现出了极高的活性和稳定性，而且电池的效率也高于传统的使用Pt对电极的电池。

经DFT计算表明，CoN4/GN对电极具有优异的性能是因为碘在受限的钴位点上的吸附能刚好可以使吸附和解吸附过程保持平衡。

3. Energy & Environmental Science：薄膜太阳能电池硫族化物吸收膜中结构缺陷的湮灭

对于薄膜太阳能电池的半导体多晶薄膜而言，结构缺陷会促进空穴电子对的重组，从而降低光电转换效率。为了制备高质量的薄膜，我们有必要了解薄膜生长过程中结构缺陷的形成和湮灭机理。

最近，亥姆霍兹柏林材料与能源研究中心发现共蒸发法制备的铜铟镓硒薄膜的缺陷密度受到薄膜生长过程中反应途径和衬底温度的影响。如果反应过程温度较低，且铜的比例较少，制得的薄膜的面缺陷密度就很大。使用实时的Ｘ射线衍射分析还发现这些缺陷会在富含铜的沉积过程中消失（富铜即[Cu]/([In] + [Ga]) > 1）。这将有助于我们更为直观地了解薄膜生长过程的动力学机理。

4. Advanced Functional Materials： 利用聚合物空穴传输材料提高柔性平面异质结钙钛矿电池的性能和稳定性

虽然现在基于介孔二氧化钛的钙钛矿电池已经可以做到21%的转换效率，但是这种工艺需要高温，难以应用在柔性电池上，必须发展适合低温工艺的替代材料。

最近，韩国科学技术研究所的研究人员采用了一种的基于1，4-双（4-磺丁基）苯和噻吩基团的聚合物作为空穴传输材料。与传统的PEDOT：PSS（PEDOT是3，4-乙撑二氧噻吩单体的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐）相比，使用这种新颖的聚合物空穴传输材料可以促进钙钛矿层和空穴传输层界面的电荷提取，同时抑制电荷重组，从而降低钙钛矿层和空穴传输层界面的能量损失。使用了这种空穴传输材料的柔性钙钛矿电池可以达到14.7%的转换效率，并且在空气中具有很好的稳定性。这种材料有望成为高效率柔性钙钛矿电池的空穴传输层材料。

5. Nano Energy：具有WO3和染料敏化太阳能电池双吸收层的发生在氧化铜导线阵列上的独立式CO2光电转换器件

人工光合作用的高价值产物十分诱人，但是传统的光催化剂由于其材料中固有的碳杂质，使得CO2的还原产物很少。使用光电化学电池是一种可行的解决方案，但是光电化学电池只有一个吸收层，其转化效率仍然很低。

最近，韩国庆北国立大学制备了一种具有双吸收层的独立式光电化学电池，其结构由WO3/dye-sensitized solar cell双吸收层和CuxO（x=1或2）导线阵列串联形成，可用作独立、耐用的CO2光转化器件。其中，具有较高比表面积的CuxO导线阵列展现出极高的电催化活性，促进了CO2/CO的转化，其法拉第效率可以达到70%~80%。