全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池

性能穩(wěn)定且成本低廉

●創(chuàng)新點

自2009年無機(jī)-有機(jī)雜化鈣鈦礦材料首次應(yīng)用于太陽能電池中以來，在短短幾年的時間內(nèi)，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從最初的3%增長到了目前的22%。雖然目前鈣鈦礦太陽能電池的效率已經(jīng)很高，但是其器件穩(wěn)定性很差，這主要是由于雜化鈣鈦礦材料在高溫或者潮濕的環(huán)境中極易分解。此外，鈣鈦礦太陽能電池的有機(jī)空穴傳輸層中的一些添加劑，例如鋰（三氟甲磺酰基）亞胺和叔丁基吡啶，由于易吸濕而加速了器件性能的下降。穩(wěn)定性差成為制約鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展的一個重要因素。以往文獻(xiàn)中報道的鈣鈦礦太陽能電池都必須在氮氣保護(hù)的手套箱中制作和封裝，這大大增加了其實際生產(chǎn)應(yīng)用的難度和成本。為了解決鈣鈦礦太陽能電池中有機(jī)物不穩(wěn)定的難題，南京大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院的金鐘課題組和美國杜克大學(xué)劉杰課題組合作，制作出性能穩(wěn)定且成本低廉的全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池。

●方法和結(jié)果

金鐘和他的團(tuán)隊制作的太陽能電池摒棄了傳統(tǒng)無機(jī)-有機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池中所有不穩(wěn)定的有機(jī)成分。由于全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池中的所有組分都具有高穩(wěn)定性，因此整個制作過程都可以在空氣中完成，無須任何密封環(huán)境或惰性氣體保護(hù)。這種全無機(jī)太陽能電池在未封裝的情況下，直接暴露在相對濕度為90%～95%的環(huán)境中工作3個多月而性能沒有任何衰減。此外，將全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池放置在高溫(100℃)或者低溫(-22℃)下進(jìn)行性能測試時，即使不封裝也可以長時間正常工作而不會出現(xiàn)效率衰減。

應(yīng)用前景

有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池短時間內(nèi)效率的迅猛增長給人們帶來希望，然而其效率卻極其不穩(wěn)定。全無機(jī)鈣鈦礦太陽能電池使用廉價易得的碳電極取代了昂貴的有機(jī)空穴傳輸層和貴金屬對電極，使其制備成本大大降低。該研究在鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性方面邁出了關(guān)鍵的一步，為發(fā)展下一代能夠在嚴(yán)苛環(huán)境下工作的高性能鈣鈦礦太陽能電池提供了新思路，隨著研究進(jìn)一步深入，鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化時代即將到來。

Source：Jia Liang,Zhong Jin,Jie Liu,et al.All-Inorganic Perovskite Solar Cells [J].Journal of the American Chemical Society,2016,138(49): 15829～15832.