近日，加州大學(xué)洛杉磯分校楊陽課題組與西湖大學(xué)工學(xué)院王睿課題組以及成均館大學(xué)Jin-Wook Lee課題組合作，就傳統(tǒng)的表面處理策略所導(dǎo)致的能級不匹配問題進行了深入探索，并設(shè)計了全新的表面處理策略，該方案實現(xiàn)了具有高光電轉(zhuǎn)換效率，是一種長期穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽能電池。在經(jīng)過2000小時全天候加速光照測試后，鈣鈦礦電池仍然保持著超過87%的原始光電轉(zhuǎn)換效率，展現(xiàn)出其在未來光伏領(lǐng)域中的巨大潛力。3月15日，該研究成果發(fā)表在Nature上，西湖大學(xué)工學(xué)院特聘研究員王睿為論文的共同通訊作者。 

　　基于鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的材料是近年來興起的新型太陽能電池材料，其晶體結(jié)構(gòu)為ABX₃，與傳統(tǒng)的鈦酸鈣（CaTiO₃）結(jié)構(gòu)類似，其中A位通常為一價有機或無機陽離子，B位為二價金屬陽離子，X位為鹵素陰離子。目前鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率從初始的3.8%提升到了目前25.7%的記錄轉(zhuǎn)換效率，已逼近硅太陽能電池的實驗室最高效率（26.7%）。然而其較差的工作穩(wěn)定性，依舊是制約其商業(yè)化的主要問題。

　　基于此，科研團隊通過對傳統(tǒng)意義上有效且簡單的鈣鈦礦電池效率提升的策略-表面處理進行深入探索，發(fā)現(xiàn)盡管表面處理材料中的有機陽離子可以實現(xiàn)有效的表面缺陷鈍化，但被忽視的鹵素陰離子會導(dǎo)致表面電勢的改變，從而對長期穩(wěn)定性存在不利影響。科研人員通過引入了有機陰離子替換鹵素陰離子，減少了表面電勢的偏移，在實現(xiàn)了超過24.4%的光電轉(zhuǎn)換效率的同時，保持了超過2000小時的長期工作穩(wěn)定性。

　　總的來說，盡管常規(guī)的表面鈍化具有增益效果，但其可能的對表面電勢的影響所產(chǎn)生對鈣鈦礦器件工作穩(wěn)定的副作用限制了以這些處理策略的進一步發(fā)展。科研團隊將有機陰離子的引入，可減弱其負面影響，從而實現(xiàn)最大化的穩(wěn)定性改進。此外，有機陰離子的設(shè)計多樣性，為發(fā)展更有效的提升鈣鈦礦太陽能電池穩(wěn)定性策略開辟了新的路徑。

　　具有不同陰離子的表面處理材料的鈣鈦礦表面電勢分析    受訪者供圖 

　　有效提升鈣鈦礦太陽能的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率     受訪者供圖