钙钛矿太阳能电池研究连获突破性进展

乐毅

[本刊讯]上海交通大学环境科学与工程学院赵一新研究员及其团队在高性能太阳能电池的制备与内在机理研究方面连续取得突破性进展，先后在Journal of the American Chemical Society，Journal of Physical Chemistry Letters和Journal of Materials ChemistryA上连续发表4篇高效率钙钛矿太阳能电池的研究论文，受到业界的广泛关注。

当前市场上主流的太阳能电池为光伏硅电池，该电池使用的晶体硅生产工艺复杂，生产成本较高，能耗较大。钙钛矿太阳能电池因其成本低、效率高等显著优势异军突起。成为近两年全球太阳能电池领域的研究热点。钙钛矿太阳能电池采用廉价的铅、卤素及胺盐作为材料，这些材料在地球上的储量极其丰富，大大降低了太阳能电池的制作成本。此外，钙钛矿太阳能电池制作技术简单，只需将合成的钙钛矿液体涂刷在透明的导电基片上，便于大规模生产。钙钛矿太阳能电池通过钙钛矿制备条件的改变来控制太阳光光谱的吸收，从而实现电池的光电效率和透光量之间的平衡。钙钛矿太阳能电池薄膜可以制备色彩斑斓的太阳能电池片，有望作为装饰材料用于建筑行业，既为建筑物增添美感和艺术气息，同时又生成清洁能源。

钙钛矿太阳能电池研究的一个难点是如何获得连续、致密高质量的铅卤钙钛矿薄膜层。研究团队创造性地将CH₃NH₃Cl作为形貌控制剂，成功制备出光滑致密的钙钛矿层。该形貌控制剂可同时改变旋涂钙钛矿的晶体生长并且调整所产钙钛矿膜的形貌。解决了常规的一步法钙钛矿薄膜结晶过程对温度、湿度要求苛刻且耗时长的缺点，以及两步法前驱体中碘化铅残留等物质对电池效率的不良影响。通过光滑致密的钙钛矿层制备的高质量的混合型铅卤钙钛矿CH₃NH₃PbI₂Br的光电转化效率已达到国际领先水平。

钙钛矿太阳能电池研究中另外一个亟待探明的问题是，钙钛矿薄膜中碘化铅残留对太阳能电池性能的影响。已有的一些研究成果表明，碘化铅对太阳能电池的效率有不良影响，另外一些文献报道却显示碘化铅对太阳能电池的效率有促进作用。为深入探究其内在机制，研究团队借助飞秒激光超快光谱对钙钛矿电池的电子注射进行了研究。证明在一定情况下少量碘化铅的存在有利于电池效率的提升。这一研究成果为今后铅卤钙钛矿太阳能电池的杂质调控提供了指导性建议。