鈣鈦礦弱光電池效率創(chuàng)新高，達40.1%

前言鈣鈦礦太陽能電池具有帶隙可調(diào)、吸收系數(shù)高等優(yōu)點，受到了廣泛關(guān)注。因此降低非輻射復(fù)合損失是鈣鈦礦太陽能電池在弱光環(huán)境應(yīng)用中的重大挑戰(zhàn)。

太陽能電池是一種通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)反應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。1839年， 法國物理學(xué)家Becquerel發(fā)現(xiàn)了光生伏特效應(yīng)，1876年，英國科學(xué)家Adams等人發(fā)現(xiàn)，當太陽光照射硒半導(dǎo)體時，會產(chǎn)生電流。這種光電效應(yīng)太陽能電池的工作原理是當太陽光照在半導(dǎo)體 p－n 結(jié)區(qū)上，會激發(fā)形成空穴－電子對（激子），在p－n結(jié)電場的作用下，激子首先被分離成為電子與空穴并分別向陰極和陽極輸運。光生空穴流向p區(qū)，光生電子流向n區(qū)，接通電路就形成電流。目前太陽電池發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段第一代太陽電池主要指單晶硅和多晶硅太陽電池，其在實驗室的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)分別達到25％和20．4％；第二代太陽電池主要包括非晶硅薄膜電池和多晶硅薄膜電池。第三代太陽電池主要指具有高轉(zhuǎn)換效率的一些新概念電池， 如鈣鈦礦太陽電池、量子點電池以及有機太陽電池等。相比于第一代和第二代太陽電池，鈣鈦礦太陽電池由于具有制作成本低、理論光電轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點受到人們的廣泛關(guān)注。

雖然有機－無機雜化鈣鈦礦太陽電池的效率已經(jīng)達到了25．5％。但是，雜化鈣鈦礦中的有機組分（甲氨和甲瞇）在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，光照、加熱和高濕條件都會誘導(dǎo)有機組分緩慢揮發(fā)或分解，從而導(dǎo)致雜化鈣鈦礦吸光層降解失效。相比之下，基于無機陽離子（Cs＋）的全無機鈣鈦礦（CsPbX3）能夠避免有機組分的揮發(fā)，進而有望從根本上解決鈣鈦礦的組分穩(wěn)定性問題。在全無機鈣鈦礦家族中，CsPbI2Br具有合適的帶隙和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因此近年來引起了研究者的廣泛關(guān)注。2019年CsPbI2Br鈣鈦礦太陽電池的效率已經(jīng)達到了16．58％，但其開路電壓較低，能量損失高達0．69 eV，效率遠遠落后于雜化鈣鈦礦太陽電池和無機CsPbI3鈣鈦礦太陽電池。因此，通過減少能量損失來提高CsPbI2Br鈣鈦礦太陽電池的開路電壓和效率很有必要。

近日，陜西師范大學(xué)材料學(xué)院劉生忠教授團隊在Advanced Materials上發(fā)表了題為“40．1％ Record Low－Light Solar－Cell Efficiency by Holistic Trap－Passivation using Micrometer－Thick Perovskite Film”的論文。本論文通過兩步法制備了微米厚的鈣鈦礦薄膜。利用體相摻雜和表面鈍化兩種方法，使體相缺陷和表面缺陷大幅降低，使得鈣鈦礦薄膜的平均載流子壽命從1．41 μs提高至7．72 μs，最終使得器件的Voc和PCE都得到大幅的提升。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委、國家重點研發(fā)計劃等項目的支持。