鈣鈦礦太陽能電池研究連獲突破性進展

樂毅

[本刊訊]上海交通大學環(huán)境科學與工程學院趙一新研究員及其團隊在高性能太陽能電池的制備與內在機理研究方面連續(xù)取得突破性進展，先后在Journal of the American Chemical Society，Journal of Physical Chemistry Letters和Journal of Materials ChemistryA上連續(xù)發(fā)表4篇高效率鈣鈦礦太陽能電池的研究論文，受到業(yè)界的廣泛關注。

當前市場上主流的太陽能電池為光伏硅電池，該電池使用的晶體硅生產工藝復雜，生產成本較高，能耗較大。鈣鈦礦太陽能電池因其成本低、效率高等顯著優(yōu)勢異軍突起。成為近兩年全球太陽能電池領域的研究熱點。鈣鈦礦太陽能電池采用廉價的鉛、鹵素及胺鹽作為材料，這些材料在地球上的儲量極其豐富，大大降低了太陽能電池的制作成本。此外，鈣鈦礦太陽能電池制作技術簡單，只需將合成的鈣鈦礦液體涂刷在透明的導電基片上，便于大規(guī)模生產。鈣鈦礦太陽能電池通過鈣鈦礦制備條件的改變來控制太陽光光譜的吸收，從而實現電池的光電效率和透光量之間的平衡。鈣鈦礦太陽能電池薄膜可以制備色彩斑斕的太陽能電池片，有望作為裝飾材料用于建筑行業(yè)，既為建筑物增添美感和藝術氣息，同時又生成清潔能源。

鈣鈦礦太陽能電池研究的一個難點是如何獲得連續(xù)、致密高質量的鉛鹵鈣鈦礦薄膜層。研究團隊創(chuàng)造性地將CH₃NH₃Cl作為形貌控制劑，成功制備出光滑致密的鈣鈦礦層。該形貌控制劑可同時改變旋涂鈣鈦礦的晶體生長并且調整所產鈣鈦礦膜的形貌。解決了常規(guī)的一步法鈣鈦礦薄膜結晶過程對溫度、濕度要求苛刻且耗時長的缺點，以及兩步法前驅體中碘化鉛殘留等物質對電池效率的不良影響。通過光滑致密的鈣鈦礦層制備的高質量的混合型鉛鹵鈣鈦礦CH₃NH₃PbI₂Br的光電轉化效率已達到國際領先水平。

鈣鈦礦太陽能電池研究中另外一個亟待探明的問題是，鈣鈦礦薄膜中碘化鉛殘留對太陽能電池性能的影響。已有的一些研究成果表明，碘化鉛對太陽能電池的效率有不良影響，另外一些文獻報道卻顯示碘化鉛對太陽能電池的效率有促進作用。為深入探究其內在機制，研究團隊借助飛秒激光超快光譜對鈣鈦礦電池的電子注射進行了研究。證明在一定情況下少量碘化鉛的存在有利于電池效率的提升。這一研究成果為今后鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池的雜質調控提供了指導性建議。