厉害了！中山大学！半个月内连发Nature Nanotechnol、Science！背景介绍本文亮点图文解析作者简介：厉害了！中山大学！半个月

原标题：厉害了！中山大学！半个月内连发NatureNanotechnol、Science！
上个星期，中山大学物理学院王雪华、刘进教授研究团队提出、设计并制备出一种将单个量子点嵌入角向光栅微环谐振腔中的集成量子光源结构，实现了目前国际上最亮的芯片式触发轨道角动量单光子源，研究成果发表在NatureNanotechnology上（DOI:10.1038/s41565-020-00827-7）。近日，中山大学物理学院李俊韬教授与澳大利亚国立大学的KylieR.Catchpole、ThomasP.White合作，在Science上发表重要研究成果，本文接下来将对这一成果进行介绍。

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▲第一作者：JunPeng ， DanielWalter
通讯作者：JuntaoLi ， KylieR.Catchpole ， ThomasP.White
通讯单位：TheAustralianNationalUniversity ， SunYat-senUniversity
DOI:10.1126/science.abb8687
背景介绍【厉害了！中山大学！半个月内连发Nature Nanotechnol、Science！背景介绍本文亮点图文解析作者简介】自2014年以来，钙钛矿型太阳能电池（PSCs）的开路电压（Voc）、短路电流（Jsc）和填充因子（FF）大幅增加，标志着PSCs性能得到大幅提升。研究发现，要实现非常高的FF需要低的复合损耗（高Voc），平滑、均匀和致密的活性层（高分流电阻），以及非常有效的电荷提取和传输（低串联电阻）。 Voc=1.1V下太阳能电池的理论最大FF约为0.89 ，远高于目前已报道的最高值。聚合物钝化层插入钙钛矿-电荷传输层界面可以改善钙钛矿太阳能电池的Voc ，然而不幸的是，许多这样的钝化层是不良的导体，这导致人们需要在钝化质量（电压）和串联电阻（填充系数， FF）之间进行权衡。
目前高效PSCs面临两大主要挑战：
1、在不妨碍电荷提取的情况下，减少界面复合以实现最大化Voc和FF 。
2、在更大的PSCs面积上保持高效率特别是高FF 。
本文亮点1、作者利用纳米级图案化的TiO2纳米棒阵列取代常用的介孔TiO2（meso-TiO2）电子传输层（ETL）提出了一种制备PSCs的新的电子传输层（ETL）。
2、通过超薄的聚合物钝化层可以有效的钝化产生纳米级图案化的ETL-钙钛矿界面，从而在获得高Voc的同时保持优异的电荷提取和界面传输性能，实现了低串联电阻和高FF 。
3、在1cm2大面积PSCs上，获得了高达21.6%的认证功率转换效率（PCE）， FF更是高达0.839 。在Voc=1.240V ， FF=0.845的条件下， ~0.165cm2小面积PSCs的PCE可达~23.17% 。
4、该工作证明了ETL-钙钛矿界面上ETL形态、界面钝化和电荷传输之间的重要相互作用。
图文解析

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图1.已有记录的PSCs的认证性能

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图2.纳米结构的TiO2ETL和用于纳米图案化的可控PSCs光伏参数的统计分布
要点：
1、作者通过结合纳米图案化的ETL和无掺杂剂的混合空穴传输层（HTL），该结构通过钝化界面可修饰钝化层的空间分布，从而提供有效的钝化和出色的电荷提取。作者制备获得了1cm2的大面积PSCs ，其认证PCE达21.6％， FF高达0.839 。
2、这种纳米级图案化结构可与使用纳米压印技术的商业规模制造兼容，自组装ETL纳米结构的某种形式也可能提供足够不规则的表面，以通过钝化层形成局部接触。

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图3.理论模拟结果
要点：
1、作者使用三维（3D）数值模拟研究和解释了纳米结构界面的性能，精确地再现了FF增强和观察到的纳米级几何图案的实验趋势。
2、模拟和实验分析发现，这种纳米界面为暴露的纳米棒面积分数和暴露的ETL-钙钛矿界面上复合活性缺陷的密度设定了合理的界限。
3、TiO2纳米棒未完全涂覆PMMA：PCBM（聚甲基丙烯酸甲酯：苯基-C61-丁酸甲酯）钝化材料，局部裸露的低电阻接触区域直接类似于高效硅太阳能电池中的局部接触结构。

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图4.1cm2钙钛矿电池的器件性能和长期稳定性测试
要点：
1、作者发现无离子掺杂的混合空穴传输层（HTL）提供了与掺杂替代物类似的电池性能。
2、作者在85℃和85%相对湿度条件下暴露1000h后，包含新ETL和HTL组合的封装电池仍然保持了>90%的初始效率。