本发明属于微纳制造技术领域，并公开了一种无机钙钛矿太阳 能电池，包括导电基底、电子收集层、光吸收层、空穴传输层和碳对 电极层，导电基底包括玻璃基片及两块 FTO 导电层，两块 FTO 导电层之间具有分隔槽;电子收集层包括致密 TiO2 层和介孔 TiO2 层，致 密 TiO2 层沉积在玻璃基片的分隔槽处和其中一块 FTO 导电层的上表 面上，介孔 TiO2 层沉

利用钙钛矿材料制备高效率低成本太阳电池 一、项目分类 重大科学前沿创新、关键核心技术突破 二、成果简介 南京大学现代工程与应用科学学院谭海仁教授团队瞄准“碳达峰、碳中和”国家重大需求，致力于高效率新型光伏技术的基础和应用研究，两年内连续四次创造全钙钛矿叠层太阳电池光电转换效率的世界纪录，并被国际权威的《Solar cell efficiency tables》收录。 2019年，研究团队率先突破全钙钛矿叠层制备瓶颈，提出新型隧穿结结构，实现了器件制备过程的大幅简化和性能的大幅提升，最终实现了24.8%的光电转换效率；2020年，团队通过材料改性和结构优化实现了大面积叠层电池24.2%的效率。 近期，研究团队提出增强窄带隙钙钛矿晶粒表面缺陷钝化的新策略，叠层电池经国际权威机构认证其转换效率高达26.4%。同行专家高度评价该研究工作“在利用钙钛矿材料制备高效率低成本太阳电池中迈出了重要的一步”。 相关成果发表于Nature (2022)和Nature Energy (2019、2020)等国际顶级期刊，入选“中国半导体十大研究进展”和“中国光学十大进展”，部分技术已实现科技成果转化，推动了我国新型钙钛矿太阳电池的产业化。

在“东南大学十大科学与技术问题”启动培育基金的资助下，江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室研究团队在分子压电领域取得重要进展，发现了首例二茂铁基钙钛矿压电材料。 有机无机杂化钙钛矿（通式为ABX3）由于其在太阳能电池、光电探测器、电致发光、压电等高新科技领域中可观的发展潜力而备受专注。在杂化钙钛矿领域，因其优异的结构多样性和化学可调性，涌现出了各种结构新颖和性能卓越的压电和铁电材料。然而，迄今为止报道的杂化钙钛矿压电体中，A位的成分几乎都是纯有机胺离子。自1951年以来，二茂铁的问世掀起了有机金属化学的革命。基于二茂铁的有机金属化合物由于其性能的多样性和功能的丰富性在纳米医学，生物传感，催化和氧化还原等领域具有广阔的应用前景。经过多年发展，二茂铁基有机金属化合物在铁磁和铁弹等领域也取得了重大突破。然而，基于二茂铁基阳离子的钙钛矿压电材料此前仍是一片空白。 在“铁电化学”理论（针对铁电体的分子设计原理）的启发和指导下，我们发现以二茂铁基组分作为阳离子来代替有机胺是可行的，并构筑了一类新型的二茂铁基钙钛矿压电材料：[（二茂铁基甲基）三甲基铵]PbI3 ((FMTMA)PbI3), (FMTMA)PbBr2I和 (FMTMA)PbCl2I。得益于二茂铁基阳离子的稳定性，通过阴离子骨架中的卤素调控使材料的性能得到显著提升，获得了与LiNbO3相当的出色压电性能并兼具突出的半导体特性。基于该材料所制备的压电能量收集装置展现了其优异的机电能量转换性能。这项工作为钙钛矿压电材料的研究开辟了新的篇章，将激发对二茂铁基钙钛矿材料的进一步研究。

本发明提供了一种环保型双金属钙钛矿量子点的制备方法。在惰性气体保护的条件下，先将AgBr和BiBr3与反应溶剂十八烯，表面活性剂油酸、油胺混合，使其完全溶解，然后将混合溶液加热至反应温度，随后注入溶有溴化丁胺的DMF溶液，体系开始反应生成钙钛矿结构，并随着反应的进行，逐渐形成(C4H9NH3)2AgBiBr6量子点，最后用丙酮淬灭反应，即得到最终的(C4H9NH3)2AgBiBr6双金属钙钛矿量子点。本发明采用热注入合成方法，通过调节合成环境的酸性，在不改变钙钛矿形貌和晶体结构的前提下，实现对钙钛矿光学性能的调控。合成的钙钛矿量子点单分散性和稳定性较好，形貌均一，对于构筑能带隙可调的光电器件具有深远的意义。

钙钛矿太阳能电池制备工艺简单，成本低廉。近年来，该类太阳能电池因其快速增长的光电转换效率和逐步提升的器件稳定性，吸引了学术界和产业界的广泛关注，为光伏领域带来了新的机遇。然而，由于钙钛矿太阳能电池中存在非辐射复合损失，所以目前的光电转换效率依然低于肖克利-奎塞尔（Shockley-Queisser）理论所定义的极限效率。因此，最大化降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失是进一步提升电池器件效率的未来研究重点。 鉴于此，研究团队基于已有的研究基础，对“最大化降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失”这一论题进行深入探讨和系统总结。该综述文章主要包括以下几个方面：首先，介绍了钙钛矿太阳能电池中非辐射复合的起源，并详细讨论了非辐射复合损失的定量化测试方法；其次，系统总结了在降低非辐射复合损失方面的最近研究进展；再次，依据肖克利-奎塞尔理论，对钙钛矿太阳能电池所能够获得的最高光电转换效率进行了科学预测；最后，在展望部分，前瞻性地指出了最大化降低非辐射复合损失的未来努力方向。图1. 金属卤化物钙钛矿活性层内的电荷载流子产生与复合动力学机制 在理想的金属卤化物钙钛矿半导体材料中，所有的光生电子和空穴最终将通过发射光子的方式进行复合（即：辐射复合）。然而，在实际的钙钛矿太阳能电池中存在大量的非辐射复合通道（如图1所示），绝大部分光生载流子将优先通过其他非辐射途径进行复合（例如，缺陷辅助复合，俄歇复合，界面诱导复合，电声耦合，带尾态复合等）。这些非辐射复合损失过程极大降低了电池在稳态下的光生载流子浓度，从而减小了金属卤化物钙钛矿层中准费米能级劈裂的能级差，最终造成钙钛矿太阳能电池较大的电压损失。因此，最大化降低或抑制这些非辐射复合通道是提升器件开路电压和光电转换效率的关键。 针对各种非辐射复合通道，该综述首先介绍了目前量化分析非辐射复合损失的常规测试技术以及测试要点，如图2所示。图2. 量化钙钛矿薄膜和完整器件中非辐射复合损失的表征技术 随后，结合当前研究现状，进一步梳理了近年来在降低非辐射复合损失方面取得的一系列重要进展。值得一提的是，该研究团队去年在《Science》杂志上报道的基于溶液二次生长方法构建渐变结的策略（如图3所示），在降低反式钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失方面效果显著（Science 360, 1442-1446）。此后，一系列研究报道显示，相似的策略在正式常规结构钙钛矿太阳能电池和全无机钙钛矿太阳能电池中也可以获得正向的实验结果。由此说明，在金属卤化物钙钛矿半导体材料中构建有效的渐变结对后续降低非辐射复合损失具有非常重要的借鉴价值。图3. 渐变结钙钛矿太阳能电池器件结构和渐变结的时间分辨光谱 此外，该综述还以当前最高效率的砷化镓太阳能电池为参照，先假定钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失与砷化镓太阳能电池的情形一致，再依据肖克利-奎塞尔理论，对钙钛矿太阳能电池所能够获得的性能参数进行科学预测，进而给出电池器件所能达到的最高光电转换效率，如图4所示。图4. 当钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失与当前最高效率砷化镓太阳能电池的情况相同时，单结钙钛矿太阳能电池可实现的最优器件性能参数 最后，该综述也指出，目前提升器件性能的两条主要途径是最优化光子俘获和最大化降低非辐射复合损失。如果能将二者进行有效整合，探索更可靠的协同优化策略，这可能会是将器件光电转换效率提升至接近理论极限的可行方案。为此，综述也对一些未来的努力方向进行了展望。 总的来说，该综述为最大程度地降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失提供了理论总结，也为开展实验工作提供了参考借鉴，对进一步提升电池效率，推动该类电池产业化应用有重要意义。

前期，东南大学化学化工学院国际分子铁电科学与应用研究院暨江苏省“分子铁电科学与应用”重点实验室科研人员首次发现了杂化铅碘钙钛矿分子铁电薄膜中的“涡旋-反涡旋”（vortex-antivortex）畴结构。此次，

本发明公开了一种半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法，钙 钛矿太阳能电池包括透明导电基板 a、无机电子传输层、光捕获层、无 机空穴传输层和透明导电基板 b，其中光捕获层由 DXZ3 型钙钛矿材 料 形 成 ， D 选 自 Cs⁺ 、 CH3NH3⁺ 、 CH(NH2)2⁺ 或 其 混 合 物 ， X 选 自 P

本 发 明 公 开 了 三 种 新 的 二 元 金 属 盐 钙 钛 矿 材 料 AB¹B²X3(X：Cl、Br、I)及其制备方法，以及 其在多种结构的钙钛矿太阳能电池制备中应用，属于新材料太阳能电 池 领 域 。 本材料由有机卤化物 <img file=""DDA0000889538320000011.GIF"" wi=""508"" he=""77"" /&g

对于空穴传输材料而言，最常见的小分子掺杂是双三氟甲烷磺酰亚胺锂和4-叔丁基吡啶。这两种掺杂的引入虽然可以提升性能，但是双三氟甲烷磺酰亚胺锂对于水较好的亲和力会使得器件的稳定性大幅下降。Solar RRL发表的成果中，许宗祥课题组找到了一种新型p型掺杂有机小分子Zn(C6F5)2来提高P3HT的载流子提取与传输性能，并进一步提升了其器件稳定性。

钙钛矿太阳能电池分为正式（n-i-p）和反式（p-i-n）两种器件结构。相比于正式器件，反式结构器件因制备工艺更加简单、可低温成膜、无明显回滞效应、适合与传统太阳能电池（硅基电池、铜铟镓硒等）结合制备叠层器件等优点，受到越来越多的关注。但是，反式结构器件也存在一些显著不足，例如，开路电压与理论值差距较大、光电转换效率相对偏低，这主要是由于器件中存在大量的缺陷所导致。这些缺陷主要存在于钙钛矿活性层中、钙钛矿活性层与电荷收集层界面处，造成了光生载流子的非辐射复合，进而致使能量损失严重，最终限制了开路电压的提升和光电转换效率的改善，制约了该类结构器件的发展。针对反式结构钙钛矿太阳能电池在光电转换效率上存在的瓶颈，朱瑞研究员、龚旗煌院士与合作者展开研究，首次提出了“胍盐辅助二次生长”方法，开创性地实现了钙钛矿薄膜半导体特性的调控，显著降低了器件中非辐射复合的能量损失，在提升器件开路电压方面取得了突破，首次在反式结构器件中获得了超过1.21 V的高开路电压（材料带隙宽度~1.6 eV）。同时，在不损失光电流和填充因子等性能参数的情况下，显著提高了反式结构钙钛矿电池的光电转换效率——实验室最高效率达到21.51％。经中国计量科学研究院认证，器件的光电转换效率也高达20.90%，这是目前反式结构钙钛矿太阳能电池器件效率的最高记录。该结果为提升反式钙钛矿太阳能电池器件效率、推进该类新型光伏器件的应用化发展提供了新思路。这种制备技术也有望进一步拓展到钙钛矿叠层太阳能电池以及钙钛矿发光器件中，具有潜在的应用前景和商业价值。