纳米人编辑部对2019年国内外重要科研团队的代表性重要成果进行了梳理，今天，我们要介绍的是韩国首尔成均馆大学的Nam-Gyu Park教授课题组。
Nam-GyuPark教授因共同发现并应用钙钛矿材料实现有效的能源转换，荣获化学领域2017年度“引文桂冠奖”。2017年，科睿唯安网站预测Nam-GyuPark是诺贝尔物理学奖获得者之一。
Nam-GyuPark课题组一直致力于高效介观太阳能电池研究。2012年首次报道了效率接近10%的全固态有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池，被认为是钙钛矿太阳能电池发展历程中里程碑式的工作( Scientific reports, 2012, 2: 591)，单篇被引用超过5200次。
下面，我们简要介绍Nam-Gyu Park教授课题组2019年部分重要成果，供大家交流学习。
1、Solar RRL：NiO薄膜中氧分压对倒置钙钛矿太阳电池的影响
Nam-Gyu Park课题组报道了退火气氛和氧分压对退火NiO膜的影响以实现高效倒置钙钛矿太阳能电池(PSC)。将溶液法NiO膜沉积在FTO上，并在不同的空气，O2，N2和Ar气氛下退火。使用空气和O2退火的NiO薄膜的器件显示出比N2和Ar退火的更好的光伏性能。
氧过量条件导致更多的p型特性以及更好的电学和界面性质，从而产生更高的光伏性能。当比较空气和O2条件时，空气退火的NiO薄膜显示出较好的效率(空气为15.68%，O2为14.93%)，这表明氧分压的重要性。通过仔细改变氧含量，在O2 /(O2+N2)比率为30%退火的NiO薄膜实现最佳光伏性能，PCE为16.32%。
importance of Oxygen Partial Pressure inAnnealing NiOx Film for High Efficiency Inverted Perovskite Solar Cells. SolarRRL, 2019.
DOI: 10.1002/solr.201800339
https://doi.org/10.1002/solr.201800339
2、AM综述：钙钛矿太阳能电池中的回滞现象
钙钛矿太阳能电池(PSC)中的电流密度电压(J-V)回滞是一个关键问题，因为它与效率和稳定性有关。Nam-GyuPark课题组根据正置介孔和平面结构中的钙钛矿组成研究了J-V的滞后行为。此外，提出了针对无回滞PSC的方法。根据组成，在J-V曲线形状方面存在回滞的特定趋势。
离子迁移与界面附近的非辐射复合相结合，在产生滞后现象中起着至关重要的作用。界面工程是减少滞后的有效方法;然而，体缺陷工程是消除滞后的最有希望的方法。无论钙钛矿组成如何，KI掺杂被证明是无滞后PSC的通用方法。最后提出了在电子传输层和空穴传输层附近的钙钛矿膜的调控对于实现无回滞的PSC和高效率是至关重要的。
On the Current–Voltage Hysteresis in PerovskiteSolar Cells: Dependence on Perovskite Composition and Methods to RemoveHysteresis. Adv. Mater.
Doi:10.1002/adma.201805214.
https://doi.org/10.1002/adma.201805214
3、ACS Energy Lett.：甲胺气-钙钛矿簇助力大面积刮涂成膜!
对于规模化的钙钛矿太阳能电池(PSC)，在大面积(> 100 cm2)上沉积均匀和高质量的钙钛矿薄膜是先决条件。用于小面积旋涂的常规溶液通常含有高沸点的极性非质子溶剂，由于极性非质子溶剂与路易斯酸性PbI2或钙钛矿之间的强相互作用，无法控制和缓慢的干燥过程而难以用于大面积刮涂。因此，前体溶液在大面积涂层的成功中起着至关重要的作用。
Nam-GyuPark课题组报道了适用于大面积钙钛矿薄膜的前躯体溶液。通过甲胺气体介导的固液转化制备的溶液含有预先形成的钙钛矿簇。在100 cm2的面积上通过刮涂制备出的CH3NH3PbI3薄膜，显示出四方/立方超晶格结构，具有高度优选的取向。最佳器件的效率为17.82%。
Perovskite Cluster-Contained Solution forScalable D-bar Coating Toward High Throughput Perovskite Solar Cells. ACSEnergy Lett.
DOI:10.1021/acsenergylett.9b00042. https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b00042
4、AM：21%效率!咪唑乙酸盐酸盐助力钙钛矿太阳能电池
适当的化学连接体诱导的异质结界面处的化学相互作用对于高效率、无滞后和稳定的钙钛矿太阳能电池(PSC)是至关重要的。Nam-Gyu Park课题组通过4-咪唑乙酸盐酸盐(ImAcHCl)进行有效界面工程，通过咪唑鎓阳离子与钙钛矿的静电相互作用在SnO2和钙钛矿之间提供化学桥接。此外，ImAcHCl中的氯阴离子在提高钙钛矿薄膜结晶度的结晶度方面起作用。
将ImAcHCl引入SnO2可重新调整导带和价带的位置，减少非辐射复合，并改善载流子寿命。因此，效率分别在表面改性前后从18.60%±0.50%增加到20.22%±0.34%，这主要是由于1.084±0.012V至1.143±0.009 V的增强电压所致。通过0.1 mg mL-1 ImAcHCl处理可获得21%的最佳效率。此外，使用ImAcHCl改性SnO2的未封装器件显示出更好的热稳定性和水分稳定性。
MultifunctionalChemical linker Imidazoleacetic Acid Hydrochloride for 21% Efficient and StablePlanar Perovskite Solar Cells，Adv. Mater. 2019
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902902
5、Joule综述: 柔性钙钛矿太阳能电池
柔性PSC(F-PSC)的重量轻和灵活性允许其在诸如便携式电动充电器，电子纺织品，大型工业屋顶和无人驾驶飞行器)的电源等领域。然而，与刚性PSC相比，F-PSC的效率低，即F-PSC的最高效率为19.11%，这明显低于刚性细器件的效率。此外，刚性钙钛矿模块的世界最佳模块效率(17.18%，30 cm2)比柔性钙钛矿模块效率高(15.18%，30 cm2)。与刚性PSC相比，F-PSC没有表现出更好的长期稳定性。
韩国成均馆大学Nam-Gyu Park，Hyun Suk Jung和汉阳大学Min Jae Ko等人总结了F-PSC在效率和稳定性相对较低方面的基本挑战以及最新的研究进展。此外，还介绍了目前F-PSC商业化的尝试。
FlexiblePerovskite Solar Cells, Joule, 2019
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435119303678
6、ACS Energy Lett.: 甲氧基硅烷交联剂提高钙钛矿电池性能
实现具有最小非辐射复合损失的高质量钙钛矿薄膜对于进一步提高钙钛矿太阳能电池(PSC)的效率(PCE)至关重要。此外，PSC的不稳定性仍然是其大规模商业化的关键挑战。然而，很难实现PCE和稳定性的同时增强。
鉴于此，Nam-Gyu Park课题组展示了一种有效且可重复的多功能添加剂工程策略，通过将由不同端基官能化的甲氧基硅烷交联剂，中等电子给体-SH，弱电子给体-CH3和强吸电子-CN分别引入PbI2前体溶液中，进而沉积钙钛矿。研究表明，官能团在器件性能中起着至关重要的作用。在引入含有-SH官能团的(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTS)后，PCE从18.4%(对照组)增加到20.8%，而3-氰基丙基三乙氧基硅烷(CPTS)含有-CN基团会降低整体光伏性能。PbI2和MPTS之间的路易斯酸碱相互作用控制晶体生长，使得晶粒尺寸增加。此外，发现MPTS中的-SH有效地钝化缺陷，导致更长的载流子寿命。最后，由于交联硅氧烷网络作为晶界的有效保护层的形成，器件的热稳定性和水分稳定性得到明显改善。该研究为多功能添加剂工程提供了指导，以同时实现高PCE和长期稳定性。
importance of Functional Group in Cross-linking MethoxysilaneAdditives for High Efficiency and Stable Perovskite Solar Cells, ACS EnergyLett.2019
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b01356
7、ACS Energy Lett.: 2-甲氧基乙醇辅助钙钛矿光伏模组，19.44%效率!
Nam-Gyu Park课题组通过前驱体工程，结合气刀辅助棒涂布机制备大面积钙钛矿薄膜。在由2-甲氧基乙醇(2ME)中的甲基碘化铵(MAI)和碘化铅(PbI2)组成的母液中化学计量加入乙酸铅(PbAc2)，得到MAPbI3和副产物甲基铵酸盐(MAAc)。
可以在MAAc存在下控制晶体生长，同时干燥湿膜。平均效率(PCE)达到15.14%。当在含有PbAc2的前体溶液中加入0.12 mol%碘化胍(GAI)时，小面积器件的PCE为19.44%，载流子寿命进一步提高了约46%，制备的大面积(46 cm2，有效面积为16 cm2)钙钛矿膜的模组PCE为13.85%。
PrecursorEngineering for Large-area Perovskite Solar Cell with >19% Efficiency, ACSEnergy Lett.2019
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsenergylett.9b01735?rand=qwav2bkz
8、AEM: 稳定钙钛矿太阳能电池的化学方法
化学键不仅决定材料的光电性能，而且决定材料的固有和非固有稳定性。成均馆大学Nam-Gyu Park和Jin-WookLee 团队基于钙钛矿材料与钙钛矿材料独特的化学键合性质之间的相关性，回顾了钙钛矿材料固有和外部不稳定性的原因。国际电工委员会针对商业化的光伏模块建立了许多关键的标准化稳定性测试。
基于这些程序，可以确定在测试程序过程中可能出现的材料降解的可能原因和相关机理，并就其化学键进行了讨论。基于对关键原因的理解，作者总结了缓解潜在原因以增强钙钛矿太阳能电池稳定性的策略。最先进的钙钛矿太阳能电池的稳定性意味着需要开发改进的稳定性测试协议，以进入商业化的下一阶段。
Chemical Approaches forStabilizing Perovskite Solar Cells. AEM 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201903249.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201903249
9、AEM: 面向大面积，稳定和高效钙钛矿太阳能电池的研究方向
在2012年发现的效率仅有9.7%，稳定性只有500小时的固态钙钛矿太阳能电池(PSC)，引发了钙钛矿光伏技术的研究浪潮。仅仅7年后，2019年就获得了25.2%的认证效率(PCE)。自2012年以来，PSC的出版物呈指数增长，截至2019年8月，出版物的总数达到13200多种。PCE的提升主要得益于器件结构工程以及钙钛矿组分工程。使用疏水性材料或2D/3D概念进行界面工程可以显着改善长期稳定性。尽管小面积电池显示出极高的效率，但朝着商业化的方向需要放大技术。
Nam-Gyu Park课题组在综述文章中强调了向大面积，稳定，高效的PSC的研究方向。对于大面积钙钛矿层，前体溶液与涂层方法同样重要，并阐述了前体工程和前躯体溶液的配方。而对于无回滞，稳定和高效的PSC，他认为界面工程是最好的方法之一，因为可以有效地钝化缺陷，从而有效地减少非辐射复合。
Research Direction toward Scalable, Stable,and High Efficiency Perovskite Solar Cells. AEM 2019.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201903106
除此之外，Nam-Gyu Park教授还在添加剂、非铅以及发光等研究方向有一些报道。感兴趣的读者可以自行检索查阅。
Nam-Gyu Park教授简介
Nam-Gyu Park教授2009年以全职教授身份加入韩国成均馆大学。自1997年以来，一直致力于高效介观太阳能电池研究，被业界公认为是该领域最重要的三位关键科学家之一。2012年首次报道了效率接近10%的全固态有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池，被认为是钙钛矿太阳能电池发展历程中里程碑式的工作，随后一直引领该领域的发展，已在Science、Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Energy and Nature Communications等国际著名期刊发表论文230多篇，被SCI引用四万余次。
