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太陽能電池是一種具有良好的前景能量存儲與轉(zhuǎn)換器件，也是當(dāng)今新能源領(lǐng)域的研究熱點。太陽能電池目前存在的最主要的問題是轉(zhuǎn)換效率低?？茖W(xué)家們在不懈努力地改善此問題，不同類型太陽能電池的研究也在穩(wěn)步推進(jìn)。下面讓我們一起來看看本周在各大頂級期刊上有哪些太陽能電池的研究進(jìn)展吧。

1. Advanced Materials： 具有11%轉(zhuǎn)換效率和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性的非富勒烯基聚合物太陽能電池


目前富勒烯基聚合物太陽能電池已經(jīng)達(dá)到很高的轉(zhuǎn)換效率；非富勒烯基太陽能電池轉(zhuǎn)化效率雖然沒有富勒烯基的高，但是其可調(diào)的分子能級和優(yōu)異的光吸收性能還是獲得了眾多科學(xué)家的關(guān)注。

最近，中科院化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室首次展示了一種非富勒烯基的聚合物太陽能電池，其電池結(jié)構(gòu)為ITO—ZnO(n-type interlayer)—PBDB-T+ITIC(BHJ layer)—MoO3(p-type interlayer)—Al。這種電池使用了PBDB-T（一種共軛聚合物）和ITIC（一種小分子化合物）這兩種物質(zhì)作為本體異質(zhì)結(jié)（其中PBDB-T為電子給體，ITIC為電子受體），其轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到11%以上，遠(yuǎn)高于富勒烯基太陽能電池，而且還具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。

這種電池表明非富勒烯基太陽能電池非常有潛力成為高效的太陽能電池，也為有機(jī)光伏領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究開辟了新的道路。

2. Angew. Chem. Int. Ed. ：一種高效率的染料敏化電池對電極：摻入單鈷活性位點的石墨烯復(fù)合材料


對電極是染料敏化太陽能電池中催化還原反應(yīng)的重要部分，對于提高電池效率也十分關(guān)鍵。目前廣泛使用的是Pt對電極，但是Pt非常稀有且昂貴，想要實現(xiàn)染料敏化電池的大規(guī)模商業(yè)化就必須尋找其替代材料。

最近，中科院大連物化所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室和中國工程物理研究院的鄧德輝及張文華教授課題組將單鈷活性位點摻入石墨烯基面（CoN4/GN），將其用作染料敏化太陽能電池的對電極來催化氧化還原對I-/I3-的相互轉(zhuǎn)化，展現(xiàn)出了極高的活性和穩(wěn)定性，而且電池的效率也高于傳統(tǒng)的使用Pt對電極的電池。

經(jīng)DFT計算表明，CoN4/GN對電極具有優(yōu)異的性能是因為碘在受限的鈷位點上的吸附能剛好可以使吸附和解吸附過程保持平衡。

3. Energy & Environmental Science：薄膜太陽能電池硫族化物吸收膜中結(jié)構(gòu)缺陷的湮滅

對于薄膜太陽能電池的半導(dǎo)體多晶薄膜而言，結(jié)構(gòu)缺陷會促進(jìn)空穴電子對的重組，從而降低光電轉(zhuǎn)換效率。為了制備高質(zhì)量的薄膜，我們有必要了解薄膜生長過程中結(jié)構(gòu)缺陷的形成和湮滅機(jī)理。

最近，亥姆霍茲柏林材料與能源研究中心發(fā)現(xiàn)共蒸發(fā)法制備的銅銦鎵硒薄膜的缺陷密度受到薄膜生長過程中反應(yīng)途徑和襯底溫度的影響。如果反應(yīng)過程溫度較低，且銅的比例較少，制得的薄膜的面缺陷密度就很大。使用實時的Ｘ射線衍射分析還發(fā)現(xiàn)這些缺陷會在富含銅的沉積過程中消失（富銅即[Cu]/([In] + [Ga]) > 1）。這將有助于我們更為直觀地了解薄膜生長過程的動力學(xué)機(jī)理。

 4. Advanced Functional Materials： 利用聚合物空穴傳輸材料提高柔性平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池的性能和穩(wěn)定性

雖然現(xiàn)在基于介孔二氧化鈦的鈣鈦礦電池已經(jīng)可以做到21%的轉(zhuǎn)換效率，但是這種工藝需要高溫，難以應(yīng)用在柔性電池上，必須發(fā)展適合低溫工藝的替代材料。

最近，韓國科學(xué)技術(shù)研究所的研究人員采用了一種的基于1，4-雙（4-磺丁基）苯和噻吩基團(tuán)的聚合物作為空穴傳輸材料。與傳統(tǒng)的PEDOT：PSS（PEDOT是3，4-乙撐二氧噻吩單體的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸鹽）相比，使用這種新穎的聚合物空穴傳輸材料可以促進(jìn)鈣鈦礦層和空穴傳輸層界面的電荷提取，同時抑制電荷重組，從而降低鈣鈦礦層和空穴傳輸層界面的能量損失。使用了這種空穴傳輸材料的柔性鈣鈦礦電池可以達(dá)到14.7%的轉(zhuǎn)換效率，并且在空氣中具有很好的穩(wěn)定性。這種材料有望成為高效率柔性鈣鈦礦電池的空穴傳輸層材料。

5. Nano Energy：具有WO3和染料敏化太陽能電池雙吸收層的發(fā)生在氧化銅導(dǎo)線陣列上的獨立式CO2光電轉(zhuǎn)換器件

人工光合作用的高價值產(chǎn)物十分誘人，但是傳統(tǒng)的光催化劑由于其材料中固有的碳雜質(zhì)，使得CO2的還原產(chǎn)物很少。使用光電化學(xué)電池是一種可行的解決方案，但是光電化學(xué)電池只有一個吸收層，其轉(zhuǎn)化效率仍然很低。

最近，韓國慶北國立大學(xué)制備了一種具有雙吸收層的獨立式光電化學(xué)電池，其結(jié)構(gòu)由WO3/dye-sensitized solar cell雙吸收層和CuxO（x=1或2）導(dǎo)線陣列串聯(lián)形成，可用作獨立、耐用的CO2光轉(zhuǎn)化器件。其中，具有較高比表面積的CuxO導(dǎo)線陣列展現(xiàn)出極高的電催化活性，促進(jìn)了CO2/CO的轉(zhuǎn)化，其法拉第效率可以達(dá)到70%~80%。