DOI: https://doi.org/10.1007/s40820-025-02022-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41535540
تاريخ النشر: 2026-01-15
المؤلف: Xiangqian Shen وآخرون
الموضوع الرئيسي: مواد البيروفسكايت وتطبيقاتها
نظرة عامة
تقدم هذه القسم نظرة شاملة على التقدم في خلايا الشمسية البيروفيسكايت (PSCs) من 2024 إلى 2025، مع التركيز على التحسينات الكبيرة في كفاءات تحويل الطاقة (PCEs) واستقرار الأجهزة. حققت خلايا PSC ذات الوصلة الواحدة كفاءات تتجاوز 27%، بينما تجاوزت الأجهزة الثنائية الطرف 34%. على الرغم من هذه التقدمات، لا يزال هناك فجوة أداء ملحوظة بين الأجهزة ذات المساحة الصغيرة والوحدات الأكبر، ويرجع ذلك أساسًا إلى التحديات في التوسع دون المساس بالكفاءة والاستقرار. تحدد الأبحاث الخسائر البصرية، وإدارة العيوب، والحاجة إلى تحسين مواد التغليف كمجالات حيوية للتحقيق في المستقبل.
ت outlines الخاتمة عدة اتجاهات مستقبلية لتطوير PSC، بما في ذلك تعزيز كثافة التيار القصير الدائرة (JSC) للاقتراب من حد شوكلي-كويزر، وتحسين تقنيات الإيداع القابلة للتوسع، والتركيز على طرق إعادة التدوير الصديقة للبيئة. أظهرت الابتكارات الأخيرة في عمليات إعادة التدوير كفاءة عالية وتقليصات كبيرة في استنزاف الموارد والسمية. بالإضافة إلى ذلك، تم تسليط الضوء على دمج الذكاء الاصطناعي (AI) وتعلم الآلة (ML) كمسار واعد لتحسين تركيبات المواد وظروف المعالجة، بهدف تقليل تكلفة الكهرباء المعادلة (LCOE) لخلايا PSC إلى نطاق تنافسي. بشكل عام، تشير الأبحاث إلى مسار إيجابي لتسويق PSC، مشروطًا بمعالجة هذه التحديات التقنية والبيئية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التقدم الكبير في خلايا الشمسية البيروفيسكايت (PSCs) كمصدر للطاقة المتجددة القابلة للتطبيق، مع التأكيد على خصائصها البصرية الإلكترونية المتفوقة، وتكاليف التصنيع المنخفضة، وكفاءات تحويل الطاقة العالية (PCEs). حققت خلايا PSC كفاءات تتجاوز 27%، مما يجعلها تنافس خلايا الشمسية التقليدية المصنوعة من السيليكون البلوري، ومع ذلك تواجه تحديات تتعلق بالاستقرار على المدى الطويل، والتصنيع القابل للتوسع، والاستدامة البيئية. أدت التطورات الأخيرة، وخاصة في استخدام الطبقات الذاتية التجميع (SAMs) كطبقات نقل ثقوب، إلى تحسينات ملحوظة في أداء الأجهزة، حيث تجاوزت خلايا PSC المقلوبة نظيراتها العادية في الكفاءة لأول مرة في 2024.
تناقش الورقة أيضًا التقدم المحرز في تعزيز استقرار خلايا PSC من خلال الابتكارات المادية، مثل دمج الإضافات لتخفيف التدهور تحت ظروف التشغيل. أظهرت تقنيات الإنتاج القابلة للتوسع، بما في ذلك تبخر الفلاش الفراغي والمعالجة من لف إلى لف، وعدًا في الحفاظ على PCE مع تقليل التكاليف. علاوة على ذلك، سهلت تخليق البلورات الدقيقة من يوديد الرصاص الفورمامي (FAPbI₃) عالي النقاء الإنتاج على نطاق واسع. تهدف المراجعة إلى تلخيص التقدم الرئيسي في تكنولوجيا PSC من 2024 إلى 2025، مع التركيز على الاختراقات في الكفاءة، وتحسينات الاستقرار، وتقنيات التصنيع، مع توضيح الاتجاهات المستقبلية للتسويق.
نقاش
تسلط قسم النقاش في الورقة البحثية الضوء على التقدم الكبير في خلايا الشمسية البيروفيسكايت ذات الوصلة الواحدة (PSCs)، مشيرًا إلى أن كفاءات تحويل الطاقة المعتمدة (PCEs) قد تجاوزت 27% للأجهزة ذات المساحة الصغيرة و25% للأشكال الأكبر. لعب دمج الذكاء الاصطناعي، وخاصة تعلم الآلة، دورًا حاسمًا في تحسين أداء PSC. بشكل ملحوظ، حققت خلايا الشمسية البيروفيسكايت المرنة (FPSCs) كفاءة تبلغ حوالي 25%، مما يظهر إمكانياتها للتطبيقات في التقنيات الخفيفة مثل الطائرات بدون طيار.
تتوسع القسم في استراتيجيات مختلفة تم استخدامها لتعزيز أداء PSC، خاصة من خلال هندسة الواجهة. على سبيل المثال، أدى استخدام الطبقات الذاتية التجميع (SAMs) والترسيب الطبقي الذري (ALD) إلى تحسين الاستقرار والكفاءة لخلايا PSC من خلال تعزيز الالتصاق بين طبقة نقل الثقوب (HTL) والركيزة. أدت الابتكارات مثل تطوير SAMs جديدة وإدخال طبقات بديلة، مثل أكاسيد القصدير المخدرة بمادة الأنتيمون، إلى تحسينات ملحوظة في PCE واستقرار التشغيل تحت ظروف قاسية. بالإضافة إلى ذلك، ساهمت التقدمات في تقنيات التبلور واستخدام قواعد لويس في تشكيل أفلام بيروفيسكايت عالية الجودة، مما ساهم بشكل أكبر في الكفاءة العامة والمتانة لخلايا PSC. تؤكد النتائج على أهمية تصميم المواد وتحسين الواجهة في السعي المستمر نحو تقنيات الطاقة الشمسية البيروفيسكايت عالية الأداء.
DOI: https://doi.org/10.1007/s40820-025-02022-6
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41535540
Publication Date: 2026-01-15
Author(s): Xiangqian Shen et al.
Primary Topic: Perovskite Materials and Applications
Overview
The section provides a comprehensive overview of the advancements in perovskite solar cells (PSCs) from 2024 to 2025, emphasizing significant improvements in power conversion efficiencies (PCEs) and device stability. Single-junction PSCs have achieved PCEs exceeding 27%, while two-terminal tandem devices have surpassed 34%. Despite these advancements, a notable performance gap remains between small-area devices and larger modules, primarily due to challenges in scaling up without compromising efficiency and stability. The research identifies optical losses, defect management, and the need for improved encapsulation materials as critical areas for future investigation.
The conclusion outlines several future directions for PSC development, including enhancing short-circuit current density (JSC) to approach the Shockley-Queisser limit, improving scalable deposition techniques, and focusing on environmentally friendly recycling methods. Recent innovations in recycling processes have demonstrated high efficiency and significant reductions in resource depletion and toxicity. Additionally, the integration of artificial intelligence (AI) and machine learning (ML) is highlighted as a promising avenue for optimizing material combinations and processing conditions, ultimately aiming to reduce the levelized cost of electricity (LCOE) for PSCs to a competitive range. Overall, the research indicates a positive trajectory for PSC commercialization, contingent upon addressing these technical and environmental challenges.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant advancements in perovskite solar cells (PSCs) as a viable renewable energy source, emphasizing their superior optoelectronic properties, low manufacturing costs, and high power conversion efficiencies (PCEs). PSCs have achieved PCEs exceeding 27%, rivaling traditional crystalline silicon solar cells, yet face challenges related to long-term stability, scalable manufacturing, and environmental sustainability. Recent developments, particularly in the use of self-assembled monolayers (SAMs) as hole transport layers, have led to notable improvements in device performance, with inverted PSCs surpassing their regular counterparts in efficiency for the first time in 2024.
The paper also discusses the progress made in enhancing the stability of PSCs through material innovations, such as the incorporation of additives to mitigate degradation under operational conditions. Techniques for scalable production, including vacuum flash evaporation and roll-to-roll processing, have shown promise in maintaining PCE while reducing costs. Furthermore, the synthesis of high-purity formamidinium lead iodide (FAPbI₃) microcrystals has facilitated large-scale production. The review aims to summarize key advancements in PSC technology from 2024 to 2025, focusing on efficiency breakthroughs, stability improvements, and fabrication techniques, while outlining future directions for commercialization.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights significant advancements in single-junction perovskite solar cells (PSCs), noting that certified power conversion efficiencies (PCEs) have exceeded 27% for small-area devices and 25% for larger formats. The integration of artificial intelligence, particularly machine learning, has played a crucial role in optimizing PSC performance. Notably, flexible perovskite solar cells (FPSCs) have achieved a PCE of approximately 25%, showcasing their potential for applications in lightweight technologies such as drones.
The section elaborates on various strategies employed to enhance PSC performance, particularly through interface engineering. For instance, the use of self-assembled monolayers (SAMs) and atomic layer deposition (ALD) has improved the stability and efficiency of PSCs by enhancing the adhesion between the hole transport layer (HTL) and the substrate. Innovations such as the development of novel SAMs and the introduction of alternative interlayers, like antimony-doped tin oxides, have led to notable PCE improvements and operational stability under harsh conditions. Additionally, advancements in crystallization techniques and the use of Lewis bases have facilitated the formation of high-quality perovskite films, further contributing to the overall efficiency and durability of PSCs. The findings underscore the importance of material design and interface optimization in the ongoing quest for high-performance perovskite solar technologies.