丁黎明&肖立新&趙一新等眾專家AM：各種PSCs：進(jìn)步、挑戰(zhàn)與前景展望

主要內(nèi)容

?鈣鈦礦材料憑借其獨(dú)特的可調(diào)帶隙、**的光電特性以及高度的結(jié)構(gòu)靈活性，在光電領(lǐng)域引發(fā)了一場(chǎng)具有深遠(yuǎn)意義的革命性變革。尤其值得關(guān)注的是，鈣鈦礦太陽能電池的性能取得了重大突破，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模器件的認(rèn)證效率已高達(dá)27%，這一成果使其成為下一代光伏技術(shù)領(lǐng)域**潛力的候選材料。

此前，盡管已有大量關(guān)于鈣鈦礦材料的綜述文章發(fā)表，但這些綜述大多局限于單一材料體系的研究，例如僅聚焦于有機(jī) - 無機(jī)雜化鈣鈦礦，或者僅針對(duì)某一特定光電應(yīng)用中的特定優(yōu)化策略展開討論，如太陽能電池的穩(wěn)定性工程等。這種研究方式缺乏對(duì)不同類型鈣鈦礦材料進(jìn)展與挑戰(zhàn)的系統(tǒng)性梳理和全面分析。

在此背景下，廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院丁黎明教授、北京大學(xué)物理學(xué)院肖立新教授、上海交通大學(xué)趙一新教授、中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所高鵬研究員、吉林大學(xué)董慶鋒教授以及北京航空航天大學(xué)張曉亮教授等多所高校的專家聯(lián)合帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，開展了廣泛而深入的研究工作，并完成了本綜述。該綜述突破了以往研究的局限，依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)用于太陽能電池的各類鈣鈦礦材料進(jìn)行了全面且系統(tǒng)的概述。具體而言，分類標(biāo)準(zhǔn)涵蓋組成成分，包括有機(jī) - 無機(jī)雜化鈣鈦礦、全無機(jī)鈣鈦礦、無鉛鈣鈦礦和無金屬鈣鈦礦；維度方面，涉及三維鈣鈦礦和低維類鈣鈦礦；結(jié)晶度上，包含多晶薄膜鈣鈦礦和單晶鈣鈦礦。綜述著重介紹了每類鈣鈦礦太陽能電池的**研究進(jìn)展，并對(duì)其未來發(fā)展前景進(jìn)行了展望，旨在為鈣鈦礦太陽能電池的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化可行性提供全面的路線指引。

本綜述基于不同類別的鈣鈦礦材料，對(duì)鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的當(dāng)前研究進(jìn)展和新興發(fā)展前景進(jìn)行了整合分析。研究首先依據(jù)成分差異對(duì)各類鈣鈦礦材料進(jìn)行分類探討。有機(jī) - 無機(jī)雜化鈣鈦礦作為最早被廣泛研究的類型，在實(shí)驗(yàn)室研究中取得了顯著成果，為鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。全無機(jī)鈣鈦礦則以其獨(dú)特的性質(zhì)，在特定應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出巨大潛力。無鉛鈣鈦礦和無金屬鈣鈦礦的出現(xiàn)，主要是為了解決傳統(tǒng)鈣鈦礦材料存在的毒性和資源限制等問題，具有重要的研究價(jià)值和應(yīng)用前景。

隨后，研究將視角轉(zhuǎn)向不同維度的鈣鈦礦材料。低維類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)因其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，近年來受到了廣泛關(guān)注。與三維鈣鈦礦相比，低維鈣鈦礦在穩(wěn)定性、光電性能調(diào)控等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。此外，研究還對(duì)單晶鈣鈦礦進(jìn)行了深入討論。單晶鈣鈦礦由于不存在晶界缺陷，在光電性能和穩(wěn)定性方面具有潛在優(yōu)勢(shì)，為鈣鈦礦太陽能電池的性能提升提供了新的思路。

通過提供材料開發(fā)與器件集成的詳細(xì)路線圖，本工作期望能夠激發(fā)下一代鈣鈦礦基光電技術(shù)的創(chuàng)新解決方案，推動(dòng)該領(lǐng)域的技術(shù)突破和應(yīng)用發(fā)展。

在鈣鈦礦光伏技術(shù)的發(fā)展歷程中，取得了諸多具有里程碑意義的成果。其中，有機(jī) - 無機(jī)雜化鈣鈦礦在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模器件中實(shí)現(xiàn)了27%的認(rèn)證效率，這一突破為鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化應(yīng)用帶來了希望。為了進(jìn)一步克服材料自身的局限，提高電池性能，團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)探討了添加劑工程、亞穩(wěn)態(tài)相穩(wěn)定、維度工程和表面鈍化等關(guān)鍵策略。這些策略在一定程度上改善了鈣鈦礦材料的性能，但大面積鈣鈦礦太陽能組件的性能和穩(wěn)定性仍有待提升，以滿足工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)的需求。

全無機(jī)變體，特別是CsPbX?組合，具有出色的耐熱性，在全鈣鈦礦疊層太陽能電池中作為寬帶隙子電池展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，全無機(jī)鈣鈦礦也面臨著一些亟待解決的問題，如相變、成分偏析和能量損失等，這些問題限制了其性能的進(jìn)一步提升。

無鉛替代品的研究是為了解決傳統(tǒng)鈣鈦礦材料中鉛的毒性問題。目前，基于Sn(II)/Ge(II)的鈣鈦礦、雙鈣鈦礦結(jié)構(gòu)（A?B(I)B(III)X?）和低維結(jié)構(gòu)（A?B?X?）等無鉛鈣鈦礦材料成為研究熱點(diǎn)。盡管這些材料在一定程度上解決了毒性問題，但在穩(wěn)定性和缺陷密度方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。例如，盡管錫鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的效率已超過15%，但受Sn2?氧化和非輻射復(fù)合引起的電壓損失影響，其性能仍不穩(wěn)定，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。

無金屬鈣鈦礦（MFPs）以有機(jī)陽離子和非金屬原子占據(jù)A/B位，作為一種環(huán)保型候選材料，在鐵電、發(fā)光和輻射探測(cè)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。低維鈣鈦礦（2D, 1D, 0D）通過引入疏水間隔物和抑制離子遷移等機(jī)制，有效提高了材料的穩(wěn)定性。單晶鈣鈦礦則由于消除了晶界缺陷的影響，在光電性能和穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色。

展望未來，為了推動(dòng)鈣鈦礦太陽能電池從實(shí)驗(yàn)室研究走向商業(yè)化應(yīng)用，需要進(jìn)一步提升規(guī)?；a(chǎn)過程中的電池性能，開發(fā)協(xié)同穩(wěn)定性策略以提高電池的長期穩(wěn)定性，并加速無毒吸收層材料的研發(fā)和應(yīng)用。這些努力將有助于縮小實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新成果與商業(yè)化可行鈣鈦礦技術(shù)之間的差距，促進(jìn)鈣鈦礦光伏技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。

文獻(xiàn)信息

Diverse Perovskite Solar Cells: Progress, Challenges, and Perspectives

Lixiu Zhang, Mei Zhang, Hantao Wang, Zhizai Li, Zilong Zhang, Yilong Song, Xin Song, Shurong Wang, Jingxuan Chen, Wenxuan Li, Hua Dong, Feng Wang, Yucheng Liu, Xiaoming Li, Jianyu Yuan, Wanli Ma, Yaohong Zhang, Shengzhong (Frank) Liu, Feng Gao, Zhaoxin Wu, Zhenyu Yang, Feng Hao, Kui Zhao, Zhiwen Jin, Keyou Yan, Jingjing Chang, Jing Cao, Jingjing Wang, Xiaoliang Zhang, Qingfeng Dong, Peng Gao, Yixin Zhao, Lixin Xiao, Yong Ding, Liming Ding

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202512221

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