近年來，有機-無機雜化鈣鈦礦材料吸引了大批科研學者的研究熱情，因為它們具有帶隙高度可調，吸收系數高，激子束縛能低和載流子壽命長等諸多優勢。更重要的是，這種鈣鈦礦材料元素儲量豐富，價格低廉，且可溶液法加工，非常適合于各種光電器件的制作。作為鈣鈦礦材料眾多光電應用之一，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）取得了前所未有的巨大成就，其功率轉換效率從2009年的3.8%暴增至2019年的24.2%，該效率超過了現有所有薄膜電池的效率記錄，并僅次于單晶硅電池的26.7%。有機-無機雜化鈣鈦礦材料的化學通式為ABX3，其中A通常為一價有機陽離子如MA+、FA+；B代表金屬陽離子如Pb2+、Sn2+；X則是一些鹵素陰離子如I-、Br-。PSCs是一種極具革命性的新型光伏技術，它在2013年被《Science Magazine》評為“年度十大突破”之一，2015年被《BP Magazine》評為“改變能源格局的八大技術”之一，2016年被《WEF Magazine》評為“十大新興技術”之一，2017年被《MIT TR Magazine》評為“年度最引人注目的能源進步”之一，2018年被《Frobes Magazine》評為“未來十年改變人類生活的技術”之一。可以肯定的是，再多的溢美之詞來形容這種神奇的材料也不為過。但更令人欣慰的一點是，PSCs研究的高速發展帶動了這種“魔法”材料在其他光電領域的進步，例如發光二極管、光子探測器、微型激光器等，這也開啟了百花齊放的研究盛世。
今年是PSCs誕辰十周年，短短十年中PSCs取得的階段性成果顯著，這讓人們對這項破壞性新型光伏技術的未來充滿無限期待。鑒于此，小編根據Web of Science數據對2019年第一季度PSCs相關論文進行了統計，得到的發文數量超過了1128篇，下面小編從不同方面進行的數據解讀。
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1、不同月份發文數量情況
看圖可知，PSCs在2019年第一季度每月的發文數量相差不多，且發文量均超過300篇，這也反映出全球范圍內PSCs的研究熱情仍然未退卻。雖然PSCs已經走完了第一個十年，但其發展勢頭仍然迅猛，預計整個2019年度PSCs發文量會在3000+。
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2、不同期刊發文數量情況
該表統計了第一季度PSCs發文期刊分布情況，顯然地，JMCA牢牢把持著頭名，可見其比較受PSCs研究學者青睞，而JMCA今年的IF預計將會破10。緊跟其后的是新晉高IF期刊Nano Energy，此刊近年來對PSCs接收較多，IF增長較快，預計今年的IF會上15，屬于比較理想投遞的刊物。再后面的四種刊物IF相差不多，發文量接近。比較引人矚目的是ACS Applied Energy Materials的PSCs發文量在不斷暴增，該刊創建期較短，目前尚無IF，但文章定位相對較高，預計后期IF會呈現比較可觀的數值，這一點與發文量同樣突出的Solar RRL很相似。傳統的高IF期刊如Advanced Materials和Advanced Functional Materials的PSCs發文量也不少，AM無需多說，IF仍然存在很大的增長空間，倒是AFM的增長空間可能受到內部和外部期刊的壓縮。整體而言，多數PSCs發文刊物的IF會大于5，但高IF的PSCs發文量在減少，當然這也是比較符合當前PSCs研究形勢的。
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3、不同作者和機構發文數量情況
從研究機構單位情況表可以得出，PSCs領域的研究群體十分集中，絕大多數基本被中國研究機構所占據。尤其是，中科院和中科大的發文量占比接近20%，研究非常活躍。中科院下屬半導體研究所、大連化學物理研究所、青島生物能源與過程研究所、上海硅酸鹽研究所、福建物質結構研究所、寧波材料技術與工程研究所、蘇州納米技術與納米仿生研究所和化學研究所等等都在PSCs研究領域發文貢獻較多。另外，華中科技大學如同往年一樣依然保持較高的PSCs發文量，而北京大學和西安交通大學近年來發文量在不斷追趕。就國外研究團隊來說，瑞士EPFL和韓國成均館大學的發文量還是比較有保證的。
從研究作者情況表來看，第一季度黃維和戴松元的PSCs發文占據前兩位，產量比較突出。像Kanatzidis、Gr?tzel、Park、Yabing Qi、Yang Yang和Nazeeruddin等PSCs大牛第一季度發文量也不少，且他們整體的發文IF較高，也反映相對較高的學術地位。最后，受益于全無機、準二維等PSCs概念的密集研究，劉生忠的發文量出現明顯的爆發。
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4、不同研究主題發文數量情況
由研究主題分布表可以看出，首先，PSCs中有機-無機雜化鈣鈦礦薄膜的制備仍然占據較大的比重，顯然地，鈣鈦礦薄膜制備工藝的優化是PSCs制作永恒的主題。隨著人們對鈣鈦礦薄膜認識的不斷深入，溶劑工程、缺陷鈍化工程和晶體生長控制工程等相關工藝層出不窮，高品質的鈣鈦礦薄膜是實現高效穩定PSCs的關鍵因素之一。其次，界面接觸研究也是相當廣泛，總占比超過了20%，不同種類的電子和空穴傳輸材料相繼出現。最后，全無機、非鉛和二維鈣鈦礦基PSCs占比也超過了10%，反映出這些PSCs研究新方向正在快速發展，尤其是全無機鈣鈦礦基PSCs的發文量十分驚人，因為相較于有機-無機雜化鈣鈦礦，全無機鈣鈦礦的預期穩定性要更高。穩定性問題是制約PSCs商業化的嚴重挑戰，全無機鈣鈦礦的廣泛研究很好地迎合了這一點。
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5、2019年第一季度Top 10 PSCs文獻推薦
(1) Surface passivation of perovskite film for efficient solar cells
（https://doi.org/10.1038/s41566-019-0398-2）
近年來，鈣鈦礦太陽能電池的功率轉換效率已經提高到20％以上。尋找有效的缺陷鈍化方法被認為是進一步提高鈣鈦礦太陽能電池功率轉換效率和開路電壓的有效途徑。在這里，我們報道了有機鹵化物鹽苯乙基碘化銨（PEAI）用于混合鈣鈦礦薄膜表面缺陷鈍化。研究發現PEAI可以通過減少缺陷和抑制非輻射復合而產生更高效的電池，最終獲得了具有認證效率高達23.32％（準穩態）的平面鈣鈦礦太陽能電池。此外，在吸收閾值為1.53 eV時VOC達到了1.18 V，這相當于Shockley-Queisser極限VOC（1.25 V）的94.4％。
點評：效率！效率！！效率！！！全球能把PSCs效率做到23%以上的團隊寥寥無幾。
(2) Efficient, stable and scalable perovskite solar cells using poly(3-hexylthiophene)
（https://doi.org/10.1038/s41586-019-1036-3）
鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦有源層通常夾在電子和空穴傳輸材料之間。到目前為止，在這些太陽能電池中只有兩種有機空穴傳輸材料取得了最優異的器件性能：PTAA和Spiro-OMeTAD。然而，這些材料在商業化方面具有若干缺點包括成本高、需要吸濕性摻雜劑以及沉積過程受限。聚（3-己基噻吩）（P3HT）是一種可替代的空穴傳輸材料，它具有具有優異的光電性能，低成本且易于加工，但到目前為止使用P3HT的鈣鈦礦太陽能電池效率僅達到約16％。在這里，我們提出了一種使用無摻雜劑P3HT作為空穴傳輸材料的高效鈣鈦礦太陽能電池器件架構。另外，通過正己基三甲基溴化銨在鈣鈦礦表面的原位反應使窄帶隙光吸收層的頂部形成薄的寬帶隙鹵化物鈣鈦礦層。冠軍器件獲得了高達22.7％的認證功率轉換效率，回滯因子僅為±0.51％。在沒有封裝的情況下，器件在85％的相對濕度下表現出良好的穩定性。進一步地，未封裝器件在室溫下1-太陽照射長達1370小時后仍可保持95％的初始效率，顯示出優異的運行穩定性。我們采用可擴展的D-Bar涂布法制造大面積模塊（24.97平方厘米），并沉積P3HT空穴傳輸層，器件實現了16.0％的功率轉換效率。
點評：目前最高效的PSCs僅限于順式結構，即在鈣鈦礦吸光層上部需要沉積空穴傳輸層（HTMs），而多數的HTMs為有機分子或聚合物。P3HT的優點無須贅述，這項研究將P3HT HTM基PSCs的效率從約16%大幅提升至認證的22.7%，已經足夠亮眼！！！另外，Dopant-free HTMs也迎合了實現高效穩定PSCs的發展趨勢。
(3) A Eu3+-Eu2+ ion redox shuttle imparts operational durability to Pb-I perovskite solar cells（10.1126/science.aau5701）
金屬鹵化物鈣鈦礦吸收劑中具有柔軟性質的組分通常在器件制造和操作期間產生鉛（Pb）0和碘（I）0缺陷。這些缺陷不僅會充當降低器件效率的復合中心，而且還會誘導分解降低器件壽命。研究表明銪離子對Eu3+-Eu2+充當“氧化還原梭”，可以實現同時氧化Pb0和減少I0缺陷的周期性轉變，所得到的器件實現了21.52％（認證20.52％）的功率轉換效率（PCE），并且具有顯著改善的長期穩定性。器件在1-sun連續照射或85°C加熱1500小時后可以保留92％和89％的峰值PCE，而MPP Tracking 500小時后，也可保留91％的原始穩定PCE。
點評：穩定！穩定！！穩定！！！兼具高效率和超高穩定性的PSC，是目前為止85°C條件下PSC的最佳表現。
(4) Chemical stability and instability of inorganic halide perovskites
（10.1039/C8EE03559H）
近年來，無機鹵化物鈣鈦礦（IHPs）在光電領域引起了極大的關注。IHP通常預期表現出優于主流有機-無機雜化鹵化物鈣鈦礦的化學穩定性-無機鈣鈦礦廣泛用于各種光電器件如太陽能電池和發光設備，這主要是由于消除了IHP晶體結構中弱鍵合的有機成分。然而，最近的研究表明IHPs仍然面臨化學不穩定的嚴重問題，因此人們做出很多努力來穩定IHPs以實現高性能設備。在這種背景下，本綜述詳細總結了過去在這方面取得的研究進展，深入了解了IHPs的穩定和不穩定性，并為未來努力制造穩定的IHP材料和設備提供了洞見。
點評：無機鹵化物鈣鈦礦的研究雖遲于有機-無機雜化鹵化物鈣鈦礦，但發展速度驚人，是目前PSCs研究領域的當紅炸子雞。全無機鈣鈦礦基PSCs的預期穩定性很高，但實際中仍面臨諸多挑戰，這篇綜述較為完整地總結了過往人們在這方面的努力。
（5）How transport layer properties affect perovskite solar cell performance: insights from a coupled charge transport/ion migration model
（1039/C8EE01576G）
本文調查了傳輸層對鈣鈦礦太陽能電池性能的影響，特別是異常滯后現象，并制定了一種用于三層平面鈣鈦礦太陽能電池的耦合離子空位運動和電荷傳輸模型。實驗結果證明使用具有較低介電常數和/或摻雜的材料更換標準傳輸層材料（Spiro-OMeTAD和TiO2）會導致掃描更嚴重的掃描速率-滯后差異。這些結果為有機電子傳輸層可以產生看似“無滯后”的器件但仍表現出低溫滯后的現象提供了強有力的解釋。在這些裝置中，使用低介電常數/摻雜有機傳輸層導致離子空位遷移率隨溫度而降低來補償滯后速率的增加。另外，本文也討論了通過設計協議來減輕高離子空位分布對電池降解的可能影響。最后，本文描述了設備保持在最大功率點附近的穩態電位特征，這為通過調節傳輸層特性來減少界面重組和提高性能提供了很好的建議。
點評：PSCs中界面調控一直是PSCs研究的重點，雖然通過大量的努力使PSCs的回滯現象有所緩解，但尚未完全克服。另外，界面傳輸層對PSCs的穩定性影響同樣十分重要。本文提供了一種很好的研究模型來深入探討界面傳輸對PSCs的影響。
（6）Room-Temperature Molten Salt for Facile Fabrication of Efficient and Stable Perovskite Solar Cells in Ambient Air
（https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.02.025）
在這里，我們報道了一種可替代環境友好型室溫熔鹽-乙酸甲基銨（MAAc），它可以作為新型溶劑在環境空氣中快速制造鈣鈦礦太陽能電池（PSC）。MAAc具有優異的化學性質，粘度高，蒸氣壓可忽略不計，并且無毒。氫鍵作用下甲基銨和鉛鹽能夠完全溶解到MAAc中。即使在相對濕度超過80％條件下采用無反溶劑的簡單一步法仍然可以容易地制造出高重現性、致密且無針孔的鈣鈦礦薄膜。在優化的加工條件下，基于CH3NH3PbI3的平面PSC最大效率為20.05％，平均值功率轉換效率為18.42％。另外，未封裝設備暴露在環境空氣中超過1,000小時仍然保持其原始效率的93％以上。
點評：溶劑很特別，優點很多，且沒有毒性；鈣鈦礦薄膜的制備不需要反溶劑，且加工環境很開放（基本不受限）；重現性高，器件效率高。
（7）Flexible quintuple cation perovskite solar cells with high efficiency
（1039/C8TA11945G）
柔性鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由于其輕柔和低溫加工性而成為最具前景的光伏技術。然而，它們的功率轉換效率（PCE）仍遠遠落后于剛性基板電池。柔性設備PCE的增強仍然面臨挑戰。在這里，我們開發了兩種改進柔性PSC PCE的策略。一種策略是使用五分之一的單價陽離子來獲得高質量的鈣鈦礦薄膜。將銣（Rb）和鉀（K）陽離子加入到含有銫、甲基銨和甲脒陽離子的標準鈣鈦礦膜中以提高高效PSC的薄膜質量。Rb+和K+陽離子的共存可以有效地減少PSC內的復合，從而提高了光伏性能。第二個策略是通過低溫原子層沉積在氧化銦錫層（ITO）和氧化錫層之間插入超薄HfO2層。研究發現引入優化的HfO2層后ITO和鈣鈦礦膜之間的復合得到有效抑制。結果，PEN/ITO上的PSC器件獲得高達19.11％的創紀錄效率，這是迄今為止報道的柔性PSC的最高PCE。
點評：這是迄今為止報道的柔性PSC的最高PCE。
（8）Reliable Measurement of Perovskite Solar Cells
（https://doi.org/10.1002/adma.201803231）
鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由于其高效率和低制造成本而實現了令人難以置信的快速發展，這引起了全世界的強烈關注。然而，對PSC進行可靠的測量是具有挑戰性的，這為研究人員進行比較和重現已發布研究結果創造了極大的困難。在此，本文總結了影響PSC評估的主要測量方法和關鍵因素，如電流-電壓測量中的滯后，對光譜和光強不匹配室溫太陽光模擬器進行校準，以及計算電流密度和功率轉換效率的面積。文中也比較了n-i-p或p-i-n結構PSC在相同的測量方法下表現出不同的響應。最后，本文提供了一些測量建議以幫助研究人員獲得接近公共認證機構的可靠測量結果。
點評：雖然PSC的平均效率水平在不斷提高，但PSCs的可靠性測試依然十分重要。
（9）Infrared Light Management Using a Nanocrystalline Silicon Oxide Interlayer in Monolithic Perovskite/Silicon Heterojunction Tandem Solar Cells with Efficiency above 25%
（https://doi.org/10.1002/aenm.201803241）
鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池有望提高電池效率突破單結晶硅（Si）效率限制。但是，相對于透明導電氧化物和鈣鈦礦吸收層，Si的光學折射率相對較大，導致單基板（雙端）器件中電池內部結處產生顯著的反射損失。因此，光管理對于改善Si底部電池中的光電流吸收至關重要。結果表明，使用納米氧化硅光學插入層可以顯著減少平坦硅基串聯電池中的紅外反射損失。研究證明了110納米厚折射率為2.6（在800納米）的中間層可以使硅底電池產生1.4 mA cm-2的電流增益。在AM1.5G下照射，1 cm2冠軍鈣鈦礦/硅串聯電池的總電流密度為38.7 mA cm-2和認證穩定功率轉換效率為25.2％。
點評：鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池被認為是最有希望進行商業化的PSCs技術，牛津光伏認證的效率已經達到28%，超過了晶硅電池的26.7%，是目前的效率世界紀錄。本文的研究單位就是牛津光伏。雖然牛津光伏制作出最高效的PSC器件，且控制著全球絕大多數的鈣鈦礦/硅串聯太陽能技術專利，但全球能把鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池效率做到25%以上的小組依然很少。
（10）Highly stable carbon-based perovskite solar cell with a record efficiency of over 18% via hole transport engineering
（https://doi.org/10.1016/j.jmst.2018.12.025）
與金屬對電極相比，碳基鈣鈦礦太陽能電池由于其低生產成本和優異的空氣穩定性而顯示出巨大的潛力。然而，碳基PSC雖然在首次報道時顯示出令人印象深刻的效率，但進展緩慢。其中一個主要障礙是為最先進的Au基PSC開發的空穴傳輸材料不適用于碳基PSC。在這里，我們開發了一種低溫溶液處理的P3HT /石墨烯復合空穴傳輸層（HTL），它可與印刷碳電極兼容以產生最先進的鈣鈦礦設備。空間電荷限制電流測量表明P3HT /石墨烯復合材料具有出色的電荷遷移率和耐熱性，空穴遷移率從8.3×10-3 cm2 V-1 s-1（沉積后）增加到1.2×10-2 cm2 V-1 s-1（在100°C退火后）-比純P3HT大兩個量級。與具有純P3HT HTL的電池相比，復合HTL改進了電荷傳輸和顯著提高了效率。因此，我們報道了碳基太陽能電池的記錄效率為17.8％（由Newport認證），且是第一個準穩態認證的鈣鈦礦電池。在環境條件（濕度：約50％）中儲存1680小時（未封裝）后，僅有3％的PCE下降，這證明了它出色的裝置穩定性。另外，在室溫氮氣環境中連續1-Sun持續照射600小時（封裝）后可保持原始輸出的89％。
點評：PSCs中的對電極材料早期研究較多，目前并不是十分密集的關注。但不容忽視的一點是，尋找廉價穩定的對電極材料對于PSCs的商業化至關重要。低溫碳材料電極是研究最為廣泛的一類，但整體性能仍然無法與通用金屬電極器件相比。本文給出了較為亮眼的碳基PSCs認證效率記錄，或許能重燃碳基PSCs的研究熱情。
