AdvancedMaterials刊登了北京大學(xué)物理學(xué)院“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊”在鈣鈦礦太陽能電池研究的最新進(jìn)展。研究團(tuán)隊基于醋酸鉛前驅(qū)體體系制備的鈣鈦礦太陽能電池獲得超過20%的光電轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)一步顯示了反式鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展前景。

隨著環(huán)境問題的日益加劇，太陽能以其清潔、可再生的優(yōu)勢引起了科研界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。其中，高效、經(jīng)濟(jì)的光伏技術(shù)也成為了當(dāng)前學(xué)術(shù)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點之一。近年來，一種新型光伏技術(shù)——鈣鈦礦太陽能電池以其易制備、低成本和高效率的特點走入人們的視野，成為新型光伏技術(shù)的新寵。短短七年之內(nèi)，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率實現(xiàn)了跨越增長，從最初的3.8%提升至現(xiàn)在的22%以上，表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢和潛力。

鈣鈦礦太陽能電池分為正式（n-i-p）和反式（p-i-n）兩種結(jié)構(gòu)。常規(guī)的正式器件通常需要致密或介孔氧化物作為電子傳輸層，其制備工藝相對復(fù)雜，且與柔性基底的兼容性不好。相比較而言，反式結(jié)構(gòu)器件因制備工藝簡單、可低溫成膜、無明顯回滯效應(yīng)等優(yōu)點受到越來越多的關(guān)注，但是其光電轉(zhuǎn)換效率還稍顯不足。

針對反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池器件效率較低的問題，北京大學(xué)“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊”的朱瑞研究員和龔旗煌院士等從鈣鈦礦薄膜形貌控制、界面調(diào)控及組分優(yōu)化等角度進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究，在過去的兩年中取得了一系列創(chuàng)新成果。他們利用醋酸鉛前驅(qū)體體系，先是將微量溴甲胺作為添加劑應(yīng)用于鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中，該策略可以有效改善鈣鈦礦薄膜的表面形貌，使其光學(xué)和電學(xué)性能均得到明顯提升，最終，基于醋酸鉛前驅(qū)體的反式平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從14.26%大幅度提高至18.32%，研究結(jié)果發(fā)表在AdvancedFunctionalMaterials上，并被選為封底內(nèi)頁。該論文發(fā)表后連續(xù)兩個月的訪問次數(shù)在該刊排名前五，也是該刊2016年度訪問次數(shù)最多的文章之一（Adv.Funct.Mater.,2016,26,3508，博士生趙麗宸和羅德映為共同第一作者）。隨后，他們又借助界面調(diào)控，首次在鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域提出了“電荷載流子平衡”的概念，并系統(tǒng)地研究和實現(xiàn)反式鈣鈦礦太陽能電池器件內(nèi)的電荷載流子平衡，將反式鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步提升至接近19%，該結(jié)果發(fā)表在AdvancedMaterials上（Adv.Mater.,2016,28,10718，博士生陳科、胡芹和劉堂昊為共同第一作者）。之后，該團(tuán)隊又進(jìn)一步采用雙源前驅(qū)體溶液法，在體系中引入“甲脒”有機(jī)陽離子將吸收光譜拓展至近紅外區(qū)域，并結(jié)合對空穴傳輸層的優(yōu)化，確保了電荷有效傳輸和收集，同時提升了器件的開路電壓，最終將光電轉(zhuǎn)換效率提升至20%以上。該結(jié)果發(fā)表在AdvancedMaterials上，是目前報道的基于醋酸鉛前驅(qū)體體系鈣鈦礦太陽能電池的最高性能（Adv.Mater.,2017,DOI:10.1002/adma.201604758，博士生羅德映和趙麗宸為共同第一作者）。此外，他們還撰寫了關(guān)于反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池的綜述文章，發(fā)表在AdvancedEnergyMaterials上，對反式鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了系統(tǒng)歸納，并對未來的前景進(jìn)行了展望（Adv.EnergyMater.,2016,6,1600457，博士生劉堂昊為第一作者）。

該系列研究工作得到中國國家自然科學(xué)基金委、科技部、北京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國家重點實驗室、“極端光學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心”“2011計劃”量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、“青年”和美國勞倫斯伯克利國家實驗室（LBNL）等單位的支持。