钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其高功率转换效率（PCE）和低制造成本，成为备受瞩目的光伏（PV）技术。本文深入探讨了PSCs领域的变化，通过分析各种维度多样性（包括零维（0D）、一维（1D）、二维（2D）和三维（3D）结构），并探索了混合维度集成在提高这些有前途的光伏设备稳定性和性能方面的潜力。为了微调钙钛矿材料的性能，研究人员采用了诸如钝化策略、界面工程和精确晶体生长控制等前沿方法。这些方法显著提高了开路电压（V_OC）、长期稳定性和PCE。本文还深入讨论了每种维度集成中涉及的复杂权衡，为材料性能、器件架构和制造技术之间的复杂相互作用提供了重要见解。PSCs中的维度多样性代表了推动光伏技术前沿的动态路径，为科学家和工程师实现下一代太阳能电池的全部潜力提供了宝贵指导。总之，本文全面分析了钙钛矿基太阳能电池的发展、挑战和潜力，通过探讨印刷技术、稳定性问题、应用以及钙钛矿材料的特殊性质，为高效PSCs的发展做出了贡献。
       近年来，钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其有望彻底变革光伏（PV）产业 而备受关注。PSCs的功率转换效率（PCE）在实验室条件下已超过25%，这一水平与传统硅基太阳能电池相当。PSCs不仅效率高，而且生产成本低，可通过旋涂和喷墨打印等大规模生产技术制造，相较于需要高能耗制造工艺的传统硅太阳能电池，PSCs更具成本优势。钙钛矿材料因其卓越的光学和电子特性，在太阳能电池应用中展现出极高的适应性。随着研究的深入，PSCs的稳定性、可扩展性和耐久性均得到了显著提升，预计未来商业化进程将进一步加快。
 
 
图1. 本综述文章概述了钙钛矿太阳能电池（PSCs）中的维度多样性（0D、1D、2D和3D）及其混合维度集成的潜力。
解析
这段文字是对图1的简要描述，主要包含了以下几个关键点：
1、综述文章概述：这段文字是对某篇综述文章内容的概括性介绍，说明该文章将讨论的主题和范围。
2、钙钛矿太阳能电池（PSCs）：这是文章讨论的核心对象，即钙钛矿太阳能电池，这是一种具有潜力的光伏技术。
3、维度多样性（0D、1D、2D和3D）：文章将探讨钙钛矿太阳能电池中的维度多样性，包括零维（0D）、一维（1D）、二维（2D）和三维（3D）结构。这些不同维度的结构在钙钛矿太阳能电池中具有不同的特性和应用。
*0D结构：通常指的是量子点或纳米颗粒等零维材料，在钙钛矿太阳能电池中可能用于增强光吸收或电荷传输。
*1D结构：如纳米线或纳米棒，可以提供直接的电荷传输路径，有助于减少电荷复合。
*2D结构：如层状钙钛矿材料，具有优异的环境稳定性和独特的光电性质。
*3D结构：传统的钙钛矿太阳能电池多采用三维结构，具有高吸光系数和优异的电荷传输性能。
4、混合维度集成的潜力：文章还将探讨混合不同维度结构的钙钛矿太阳能电池的潜力，即结合0D、1D、2D和3D结构的优点，以进一步提高电池的性能和稳定性。这种混合维度集成策略有望为钙钛矿太阳能电池的发展开辟新的途径。
5、图1的作用：图1作为综述文章的概述图，可能展示了不同维度结构在钙钛矿太阳能电池中的示意图，以及混合维度集成的概念性图示。这有助于读者快速理解文章的主要内容和研究重点。
 
 
图2 (a) 多步生产方法的示意图。(b) 具有和不具有Cs4PbBr6的CsPbBr3基钙钛矿太阳能电池（PSCs）的J-V特性。(c) Cs4PbBr6诱导载流子复合的过程。(d) 具有ReSe2定制结构的全无机CsPbBr3 PSC。(e) 全无机、ReSe2定制的CsPbBr3 PSC的能级图。(f) J-V曲线。(g) 不同PSCs在有无ReSe2情况下的光伏性能统计。(a)-(g) 已获许可复制，版权2022，Wiley。(h) 左上角是MA4PbI6·2H2O的晶体结构，右上角是MAPbI3的晶体结构。(i) 图像展示了纯甲基铵碘化铅样品（蓝色）、在100°C下热退火后（红色）以及冷却至室温后（蓝色虚线）的光学吸收情况。(h)和(i) 已获许可复制，版权2021，ACS。(j) J-V特性。(k) 具有Ag和Au顶接触的MABI器件的稳定性随功率转换效率（PCE）随时间的变化。(j)和(k) 已获许可复制，版权2017，RSC。(l) 能级图中的数字是相对于真空给出的。(m) 在光照下，具有(CH3NH3)3Bi2I9吸收体（蓝色）和无吸收体的参考电池（黑色）的J-V曲线。(l)和(m) 已获许可复制，版权2016，Elsevier。
解析
这段文字主要描述了图2中各个子图的内容及其来源，涵盖了钙钛矿太阳能电池（PSCs）在不同维度（0D、1D、2D、3D）下的性能研究，特别是混合维度集成对电池性能的影响。以下是对各部分的详细解析：
1、多步生产方法示意图（图2a）：
*展示了全无机CsPbBr3 PSCs的一种多步生产方法，旨在通过精确控制相变来避免0D Cs4PbBr6相的形成，从而提高电池性能。
2、J-V特性（图2b）：
*对比了具有和不具有Cs4PbBr6的CsPbBr3基PSCs的J-V特性，表明Cs4PbBr6的存在会降低电池的功率转换效率（PCE）。
3、载流子复合过程（图2c）：
解释了Cs4PbBr6如何诱导载流子复合，从而影响电池性能。
4、ReSe2定制结构的全无机CsPbBr3 PSC（图2d-g）：
*展示了通过引入ReSe2纳米片来定制全无机CsPbBr3 PSC的结构（图2d）。
*给出了该结构的能级图（图2e）和J-V曲线（图2f）。
*统计了不同PSCs在有无ReSe2情况下的光伏性能（图2g），表明ReSe2的引入可以显著提高PCE。
5、MA4PbI6·2H2O和MAPbI3的晶体结构及光学吸收（图2h-i）：
*展示了MA4PbI6·2H2O和MAPbI3的晶体结构（图2h）。
*通过光学吸收图像（图2i）展示了纯甲基铵碘化铅样品在热退火前后的变化，表明通过热退火可以实现从0D到3D的相变。
6、MABI器件的J-V特性和稳定性（图2j-k）：
*给出了MABI器件的J-V特性（图2j），表明使用Au接触的器件性能优于Ag接触的器件。
*展示了具有Ag和Au顶接触的MABI器件的稳定性随时间的变化（图2k），表明Au接触的器件具有更好的长期稳定性。
7、(CH3NH3)3Bi2I9吸收体的J-V曲线和能级图（图2l-m）：
*给出了(CH3NH3)3Bi2I9吸收体的能级图（图2l），相对于真空给出了各能级的能量。
*展示了在光照下，具有(CH3NH3)3Bi2I9吸收体和无吸收体的参考电池的J-V曲线（图2m），表明(CH3NH3)3Bi2I9吸收体具有一定的光伏性能，但整体效率较低。
这段文字通过多个子图详细展示了钙钛矿太阳能电池在不同维度和材料组合下的性能研究，为理解混合维度集成对电池性能的影响提供了重要依据。
 
 
图3 (a) 设备架构示意图。(b) ITO/SnO2/钙钛矿/spiro-OMeTAD结构器件的SEM横截面图像。(c) 经CBAH处理和未处理设备的J-V特性。(d) 55个新制备设备的统计Voc特性。(e) 在各种环境下，经CBAH处理（红色）和未封装（蓝色）的钙钛矿太阳能电池的PCE演变。(a)–(e) 已获授权重印。65 版权所有 2022，Wiley。(f) 制备PSCs的器件架构示意图及两步旋涂工艺。(g) 反向扫描设备的J-V曲线。(h) 最佳性能UTP 5设备和对照设备在50 mV s−1扫描速率下的正向和反向扫描J-V曲线。(i) 设备在50 mV s−1扫描速率下的统计PCE。(f)–(i) 已获授权重印。66 版权所有 2021，Elsevier。(j) 单根碘化铅量子线的图像。(k) N2、N3和N4 PSCs的不同J-V曲线扫描方向。(l) 封装后的N4和3D PSCs在80°C和85%相对湿度下进行存储稳定性测试（N4 PSC的PCE为13.1%）。(j)–(l) 已获授权重印。145 版权所有 2019，RSC。
解析
这段文字主要描述了图3中展示的一系列关于钙钛矿太阳能电池（PSCs）的实验结果和图表，具体解析如下：
1、设备架构示意图（图3a）：
展示了PSCs的内部结构，包括各层材料的排列和组成。
2、SEM横截面图像（图3b）：
通过扫描电子显微镜（SEM）观察到的ITO/SnO2/钙钛矿/spiro-OMeTAD结构器件的横截面图像，揭示了各层之间的界面和微观结构。
3、J-V特性（图3c）：
展示了经过CBAH处理和未处理设备的电流-电压（J-V）特性曲线，用于评估设备的性能，特别是光电转换效率（PCE）。
4、统计Voc特性（图3d）：
展示了55个新制备设备的开路电压（Voc）统计特性，反映了设备Voc的一致性和稳定性。
5、PCE演变（图3e）：
描述了在不同环境下（如光照、温度、湿度等），经过CBAH处理和未封装的PSCs的PCE随时间的变化情况，用于评估设备的长期稳定性和耐久性。
6、器件架构示意图及两步旋涂工艺（图3f）：
展示了制备PSCs的器件架构和两步旋涂工艺流程，这是制备高效PSCs的关键步骤之一。
7、反向扫描设备的J-V曲线（图3g）：
展示了反向扫描条件下设备的J-V曲线，用于分析设备的性能和电荷传输特性。
8、最佳性能设备的J-V曲线（图3h）：
展示了最佳性能UTP 5设备和对照设备在正向和反向扫描条件下的J-V曲线，用于比较不同处理或结构对设备性能的影响。
9、统计PCE（图3i）：
展示了设备在特定扫描速率下的统计PCE，反映了设备性能的稳定性和一致性。
10、单根碘化铅量子线的图像（图3j）：
展示了单根碘化铅量子线的图像，这种量子线可能用于构建1D钙钛矿结构，以提高PSCs的性能。
11、不同J-V曲线扫描方向（图3k）：
展示了N2、N3和N4 PSCs在不同扫描方向下的J-V曲线，用于分析扫描方向对设备性能评估的影响。
12、存储稳定性测试（图3l）：
描述了封装后的N4和3D PSCs在高温高湿环境下的存储稳定性测试结果，用于评估设备在实际应用中的耐久性和可靠性。
 
 
图4 (a) 基于准二维ACI GA(MA)nPbnI3n+1（n = 5）的PSC器件结构。(b) 经过和未经过（原始）ImI处理的PSC在正向和反向扫描下的J-V曲线。(c) 在最大功率点（MPP）下，以0.948 V的偏置电压测量PSC的稳定功率输出。未经处理（原始）和处理后的样品均含有2 mg mL−1的ImI。(d) 经过和未经过2 mg mL−1 ImI处理的PSC以及基于MAPbI3的PSC的稳定性。(a)-(d) 已获许可重印。68 版权所有 2022, ACS。(e) PVSC器件能带对齐图，(f) 不同NH4SCN浓度下器件的J-V曲线，(g) PSC的光电流，(h) 基于(PEA)2(MA)4Pb5I16（n = 5）钙钛矿薄膜的PSC器件在氮气手套箱和55%湿度环境下的稳定性测试。(e)-(h) 已获许可重印。69 版权所有 2018, Wiley。(i) 使用多晶3D钙钛矿薄膜并在晶界处含有2D钙钛矿的器件示意图…（内容省略）…目标器件与对照器件的PCE比较。器件保存在黑暗且湿度可控的环境中。(i)-(k) 已获许可重印。148 版权所有 2018, Nature。(l) 基于MA和FA的2D钙钛矿在斜向和分级垂直排列中的晶体取向和相分布示意图。(m) 最佳纯MA、FA/MA和纯FA器件在正向和反向扫描下的J-V曲线。(n) 高效低维钙钛矿太阳能电池PCE总结。(l)-(n) 已获许可重印。70 版权所有 2022, Wiley。(o) 0和6 mol% MACl掺杂的PSC冠军器件的J-V曲线。插图展示了MACl掺杂如何改变堆叠的钙钛矿薄膜。已获许可重印。149 版权所有 2020, ACS。(p) 不含spiro-OMeTAD的PSC的PCE统计数据，根据M2P前驱体溶液的不同条件分类。已获许可重印。150 版权所有 2020, Wiley。
 解析
这段文字详细描述了图4中各个子图的内容及其来源，主要围绕准二维（quasi-2D）和二维（2D）钙钛矿太阳能电池（PSC）的性能和稳定性展开。以下是对各部分的解析：
1、(a) 器件结构：
展示了基于准二维ACI GA(MA)nPbnI3n+1（n = 5）的PSC器件结构，这种结构有助于理解器件的物理构造和工作原理。
2、(b) J-V曲线：
比较了经过和未经过ImI处理的PSC在正向和反向扫描下的J-V曲线，展示了ImI处理对器件性能的影响。ImI处理可能改善了器件的电荷传输或减少了复合损失，从而提高了性能。
3、(c) 稳定功率输出：
在最大功率点（MPP）下测量了PSC的稳定功率输出，表明经过ImI处理的器件在持续工作下能保持更高的功率输出。
4、(d) 稳定性测试：
评估了经过和未经过ImI处理的PSC以及基于MAPbI3的PSC的稳定性，发现ImI处理显著提高了器件的稳定性，这对于实际应用至关重要。
5、(e)-(h) 能带对齐、J-V曲线、光电流和稳定性：
(e) 展示了PVSC器件的能带对齐图，有助于理解器件中的电荷传输机制。
(f) 探讨了不同NH4SCN浓度对器件J-V曲线的影响，表明NH4SCN的添加可以优化器件性能。
(g) 测量了PSC的光电流，反映了器件对光的响应能力。
(h) 测试了基于(PEA)2(MA)4Pb5I16（n = 5）钙钛矿薄膜的PSC器件在氮气手套箱和55%湿度环境下的稳定性，发现器件在氮气环境中更稳定。
6、(i)-(k) PCE比较：
比较了目标器件与对照器件的PCE（光电转换效率），发现目标器件在特定条件下表现出更高的效率，这可能归因于器件结构的优化或材料的改进。
7、(l)-(n) 晶体取向、相分布和PCE总结：
(l) 展示了基于MA和FA的2D钙钛矿在斜向和分级垂直排列中的晶体取向和相分布示意图，有助于理解2D钙钛矿的结构特性。
(m) 比较了最佳纯MA、FA/MA和纯FA器件在正向和反向扫描下的J-V曲线，展示了不同材料组合对器件性能的影响。
(n) 总结了高效低维钙钛矿太阳能电池的PCE，提供了该领域性能水平的概览。
8、(o) MACl掺杂的J-V曲线：
展示了0和6 mol% MACl掺杂的PSC冠军器件的J-V曲线，表明MACl掺杂可以显著改善器件性能，插图展示了掺杂如何改变堆叠的钙钛矿薄膜结构。
9、(p) PCE统计数据：
提供了不含spiro-OMeTAD的PSC的PCE统计数据，根据M2P前驱体溶液的不同条件分类，有助于理解不同制备条件对器件性能的影响。
 
 
图5 (a) 展示了双面钝化PSC中各层顺序的示意图。(b) 展示了控制PSC和钝化PSC的PCE（光电转换效率）光伏参数波动图。(c) 展示了性能最优的控制PSC和双面钝化PSC的J-V（电流密度-电压）曲线。(d) 展示了在最大功率点（MPP）稳定后的PSC效率（插图展示了最初40秒的稳定过程，显示了控制电池和钝化电池之间的瞬态响应差异）。(a)-(d) 已获授权重印。版权所有 2020，ACS（美国化学学会）。(e) 展示了器件的横截面SEM（扫描电子显微镜）图像。(f) 展示了在太阳能电池中使用的不同添加量的钙钛矿吸收层的J-V曲线。(g) 测试了有无10% en-FASnI3负载的太阳能电池在AM1.5 G（全球大气质量1.5）连续光照下的老化能力。(h) 展示了在正向和反向电压扫描下测量的含有10% en-FASnI3钙钛矿吸收层的最佳PSC的J-V曲线。(i) 展示了10%封装器件随存储时间的效率变化。(e)-(i) 已获授权重印。版权所有 2017，Science（科学杂志）。
解析
这段文字详细描述了图5中各个子图的内容及其来源授权信息，主要围绕双面钝化钙钛矿太阳能电池（PSC）的性能研究展开。以下是对各部分的详细解析：
1、图5(a):
内容：展示了双面钝化PSC中各层顺序的示意图。
解析：此图可能展示了从底部到顶部依次为透明导电氧化物（TCO）层、电子传输层（ETL）、钙钛矿吸收层、空穴传输层（HTL）以及金属电极层的结构，其中钝化层可能位于钙钛矿吸收层的两侧。
2、图5(b):
内容：展示了控制PSC和钝化PSC的PCE光伏参数波动图。
解析：通过对比控制PSC和钝化PSC的PCE随时间或其他条件的变化，可以评估钝化处理对PSC稳定性和效率的影响。
3、图5(c):
内容：展示了性能最优的控制PSC和双面钝化PSC的J-V曲线。
解析：J-V曲线是评估太阳能电池性能的重要手段，通过对比控制PSC和钝化PSC的J-V曲线，可以直观看出钝化处理对电池性能的提升效果。
4、图5(d):
内容：展示了在最大功率点（MPP）稳定后的PSC效率，插图展示了最初40秒的稳定过程。
解析：此图展示了PSC在最大功率点下的稳定效率，以及电池从启动到稳定过程中的瞬态响应差异，有助于理解电池在实际工作条件下的性能表现。
5、图5(e):
内容：展示了器件的横截面SEM图像。
解析：SEM图像提供了器件内部结构的直观视图，有助于分析各层之间的界面质量和整体结构特征。
6、图5(f):
内容：展示了在太阳能电池中使用的不同添加量的钙钛矿吸收层的J-V曲线。
解析：通过改变钙钛矿吸收层的添加量，研究其对太阳能电池性能的影响，有助于优化吸收层的厚度和组成。
7、图5(g):
内容：测试了有无10% en-FASnI3负载的太阳能电池在AM1.5 G连续光照下的老化能力。
解析：此测试评估了en-FASnI3作为添加剂对太阳能电池老化性能的影响，有助于了解添加剂在提高电池稳定性方面的作用。
8、图5(h):
内容：展示了在正向和反向电压扫描下测量的含有10% en-FASnI3钙钛矿吸收层的最佳PSC的J-V曲线。
解析：通过对比正向和反向电压扫描下的J-V曲线，可以评估电池在不同工作条件下的性能表现，以及en-FASnI3添加剂对电池性能的影响。
9、图5(i):
内容：展示了10%封装器件随存储时间的效率变化。
解析：此图展示了封装器件在存储过程中的效率衰减情况，有助于评估封装技术对延长电池使用寿命的效果。
10、版权信息:
所有子图均已获授权重印，并注明了版权所有者和出版年份。这确保了图片使用的合法性和合规性。
 
 
图6
(a) 二维-三维垂直异质结结构（2D-3D PVHH）示意图。
(b) 冠军模块的J-V特性曲线。插图展示了模块的照片，其有效面积为342平方厘米。为防止机械损伤，模块进行了简单封装并保存在黑暗处。在65%相对湿度下评估了模块的稳定性。
(c) 在65%相对湿度条件下的稳定性评估。
(d) 在环境大气条件下的稳定性评估。
(a)-(d) 经许可复制，版权所有2018，Wiley。
(e) 由宽带隙Cs0.17FA0.83Pb(I0.6Br0.4)3钙钛矿薄膜吸收层和通过在钙钛矿上沉积BABAr溶液制成的二维-RP（Ruddlesden-Popper）中间层组成的太阳能电池示意图。
(f) 使用反向（开放符号）和正向（闭合符号）扫描来确定具有和不具有BABr（2 mg mL−1）钝化层的冠军器件的J-V特性曲线。
(g) 冠军器件在连续光照下的稳态功率转换效率（SPCE）。
(e)-(g) 经许可复制，版权所有2019，Wiley。
(j) 目标-1和目标-2器件的J-V特性曲线。
(k) 使用50个不同器件收集相应器件的统计PCE数据。
(j)和(k) 经许可复制，版权所有2022，Wiley。
(l) 左侧展示了3D/2D界面示意图和3D/2-TMAI 2D界面的横截面SEM图像。
(m) 比较新加热器件和根据热循环进行热老化的器件的PCE统计数据。
(l)和(m) 经许可复制，版权所有2022，Wiley。
(n) p-i-n型太阳能电池的示意图，使用钙钛矿异质结构作为活性层。
(o) 在100 mW cm−2光照下，不同PEA2PbI4层厚度的2D/MAPI/2D异质结太阳能电池的J-V特性曲线。
(n)和(o) 经许可复制，版权所有2019，ACS。
(p) J-V特性曲线。插图展示了DJ二维-三维钙钛矿的示意图架构。经许可复制，版权所有2020，Elsevier。
解析
这段文字详细描述了图6中各个子图的内容及其来源和版权信息。图6主要展示了二维-三维混合维度钙钛矿太阳能电池的不同结构和性能评估。
二维-三维垂直异质结结构（2D-3D PVHH）：
示意图（a）展示了这种结构的基本架构。
冠军模块的J-V特性曲线（b）及其稳定性评估（c, d）在特定湿度和环境条件下进行，显示了模块的性能和耐久性。
宽带隙钙钛矿太阳能电池：
示意图（e）展示了由宽带隙Cs0.17FA0.83Pb(I0.6Br0.4)3钙钛矿薄膜和二维-RP中间层组成的太阳能电池结构。
J-V特性曲线（f）和稳态功率转换效率（g）评估了具有和不具有BABr钝化层的器件性能。
目标器件性能评估：
J-V特性曲线（j）展示了目标-1和目标-2器件的性能。
统计PCE数据（k）基于50个不同器件的收集，提供了器件性能的分布情况。
3D/2D界面和热稳定性评估：
3D/2D界面示意图和横截面SEM图像（l）展示了界面的微观结构。
PCE统计数据（m）比较了新加热器件和热老化器件的性能，评估了热稳定性。
p-i-n型太阳能电池和异质结结构：
示意图（n）展示了p-i-n型太阳能电池的结构，使用钙钛矿异质结构作为活性层。
J-V特性曲线（o）评估了不同PEA2PbI4层厚度的2D/MAPI/2D异质结太阳能电池的性能。
DJ二维-三维钙钛矿：
J-V特性曲线（p）和示意图架构（插图）展示了DJ二维-三维钙钛矿的结构和性能。
这段文字提供了对图6中各个子图的详细解释，包括它们的结构、性能评估方法和结果，以及相关的版权信息。
PSCs作为一种极具前景的光伏技术，正迅速获得认可。本文全面分析了PSCs的维度多样性，从0D到3D结构，并探讨了混合维度集成在提高稳定性和性能方面的潜力。通过现代技术如钝化、界面工程和精确控制晶体生长，钙钛矿材料得到了显著优化，实现了长期稳定性和整体效率的提升。尽管PSCs在效率上已取得显著进展，但长期稳定性、可扩展性和毒性问题仍是其商业化应用的主要障碍。未来的研究应继续聚焦于提高PSCs的稳定性、效率和可扩展性，同时探索无铅钙钛矿材料以减少环境影响。通过克服这些挑战，混合维度PSCs有望成为可再生能源领域的重要力量，为清洁、高效的能源解决方案提供可能。DOI: 10.1039/d3ta06953b
 
转自《石墨烯研究》公众号