近日，北京大學化學與分子工程學院黃春輝課題組在提升錫基鈣鈦礦太陽能電池效率和穩(wěn)定性研究中取得新的進展。他們通過協(xié)同引入苯肼離子和鹵素離子，將電池光電轉(zhuǎn)化效率提高至13.4%（12.4%認證效率）—迄今報道的非鉛鈣鈦礦太陽能電池效率的最高值。同時，器件具備非常優(yōu)異的穩(wěn)定性，放置在手套箱中4800 h后可保持初始效率的91%，在一個太陽光持續(xù)照射330 h下可保持初始效率的82%。

在該工作中，作者發(fā)現(xiàn)苯肼離子的引入能夠提升薄膜的表面能，鹵素的調(diào)控可以進一步優(yōu)化鈣鈦礦薄膜的形貌。二者的協(xié)同作用極大地鈍化了光活性層的缺陷態(tài)，使載流子壽命達到45.5 ns，載流子復(fù)合速率降低了五倍。作者利用穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜、飛行時間二次離子質(zhì)譜和激光掃描共聚焦顯微成像等手段進一步探究了苯肼和鹵素離子的協(xié)同調(diào)控機理，發(fā)現(xiàn)苯肼和鹵素離子協(xié)同引入能夠抑制相分離，提升相穩(wěn)定性。DFT理論計算也說明少量溴離子的摻入能夠使鈣鈦礦的形成能降低，顯著提升其熱力學穩(wěn)定性。

圖 1 （a）最佳器件的 J-V 特征曲線，（b）苯肼和鹵素離子協(xié)同調(diào)控下薄膜在80°C、一個太陽光持續(xù)照射下0，5，10，20 h的穩(wěn)態(tài)發(fā)射光譜，（c）苯肼和鹵素離子協(xié)同調(diào)控下器件的飛行時間二次離子質(zhì)譜剖面圖，（d）苯肼和鹵素離子協(xié)同調(diào)控下器件飛行時間二次離子質(zhì)譜截面圖。

該工作近期發(fā)表在Cell出版社Matter期刊上，北京大學化學與分子工程學院博士研究生王程博為第一作者，劉志偉副教授和卞祖強教授為共同通訊作者，主要合作者還包括蔣鴻副教授。感謝國家自然科學基金、北京市教委科技計劃重點項目和北京分子科學國家研究中心的資助。