高效稳定钙钛矿太阳能电池
太阳能电池是一种通过光伏效应将光能转换为电能的器件，从第一代单晶硅太阳能电池到第二代非晶硅、多晶硅以及无机薄膜太阳能电池，再发展到第三代薄膜太阳能电池，器件向着效率更高，成本更低，稳定性更好的方向不断突破。
而钙钛矿型太阳能电池（perovskite solar cells）是一种新型的薄膜太阳能电池，它利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料，由于他独特的晶体结构，赋予了它能够自由调控带隙，高的载流子迁移率以及高的可见光吸收系数。钙钛矿晶体结构为ABX3，B离子位于立方晶胞的中心，被6个X离子包围成配位立方八面体；A离子位于立方晶胞的角顶，被12个X离子包围成配位八面体。
钙钛矿太阳能电池可分为平面异质结太阳能电池和介孔太阳能电池，根据电荷传输方向，又可将平面异质结太阳能电池分为正型（n-i-p）和反型（p-i-n）两种结构。其中正式结构存在明显回滞现象，而反式钙钛矿太阳能电池(IPSCs)由于其可靠的运行稳定性、可忽略的迟滞和低温制备工艺，近年来引起了广泛的关注。
钙钛矿太阳能电池具有可调的带隙结构、强的光吸收、长载流子扩散以及能够低温制备等优势，具有非常大的潜力。尽管如此，也存在诸多问题，例如（1）掺入Br调整带隙带来的光致相分离；（2）宽带隙钙钛矿材料存在明显的开压损失；（3）掺入Sn调整带隙导致稳定性降低；（4）FA掺入带来的结晶性问题；（5）各个界面处的缺陷控制以及薄膜生长等问题。
本课题组针对这些问题进行了深入的探究，通过对组分的优化控制，结合溶剂工程和界面工程（钝化）实现了高效率且稳定的钙钛矿太阳能电池制备，如下图所示，氯化钾引入纳米晶二氧化锡中，减少了缺陷非辐射复合，提升了载流子提取能力，使器件的开压和效率显著提升。并且将宽带隙与窄带隙钙钛矿太阳能电池结合得到的叠层太阳能电池取得了当时认证的世界纪录效率。另外，在钙钛矿的制备方法方面，课题组在溶剂一步法和两步法工艺上都取得了显著的进展。
课题组相关成果：
P. Zhuǂ, S. Guǂ, X. Luo, Y. Gao, S. Li, J. Zhu, and H. Tan*. "Simultaneous Contact and Grain‐Boundary Passivation in Planar Perovskite Solar Cells Using SnO2‐KCl Composite Electron Transport Layer". Advanced Energy Materials 10, 1903083 (2019).
F. Tan, H. Tan*, M. I. Saidaminov, M. Wei, M. Liu, A. Mei, P. Li, B. Zhang, C.-S. Tan, X. Gong, Y. Zhao, A. R. Kirmani, Z. Huang, J. Z. Fan, R. Quintero-Bermudez, J. Kim, Y. Zhao, O. Voznyy, Y. Gao, F. Zhang, L. J. Richter, Z.-H. Lu, W. Zhang*, and E. H. Sargent*. "In Situ Back‐Contact Passivation Improves Photovoltage and Fill Factor in Perovskite Solar Cells". Advanced Materials 31, 1807435 (2019)
H. Tan, A. Jain, O. Voznyy, X. Lan, F. P. G. De Arquer, J. Z. Fan, R. Quintero-Bermudez, M. Yuan, B. Zhang, Y. Zhao, F. Fan, P. Li, L. N. Quan, Y. Zhao, Z. H. Lu, Z. Yang, S. Hoogland, and E. H. Sargent*. ''Efficient and stable solution-processed planar perovskite solar cells via contact passivation''. Science 355, 722–726 (2017).
Y. Rongǂ, Y. Huǂ, A. Meiǂ, H. Tan, M. I. Saidaminov, S. Il Seok*, M. D. McGehee*, E. H. Sargent*, and H. Han*. "Challenges for commercializing perovskite solar cells". Science 361, 6408 (2018).
H. Tanǂ*, F. Cheǂ, M. Weiǂ, Y. Zhao, M. Saidaminov, P. Todorović, D. Broberg, G. Walters, F. Tan, T. Zhuang, B. Sun, Z. Liang, H. Yuan, E. Fron, J. Kim, Z. Yang, O. Voznyy, M. Asta, and E. H. Sargent*.''Dipolar cations confer defect tolerance in wide-bandgap metal halide perovskites''. Nature Communications 9, 3100 (2018).
