近期，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所微納技術(shù)與器件研究室研究員葉長輝課題組在鈣鈦礦太陽電池研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表在英國皇家化學(xué)會《材料化學(xué)雜志》上（J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 14902-14909)。

　　
鈣鈦礦太陽電池具有高的光電轉(zhuǎn)換效率和較低的制備成本，成為太陽能電池領(lǐng)域的研究熱點。在獲得高光電轉(zhuǎn)換效率的同時，研究人員不斷探索新方法，來進(jìn)一步降低電池器件的制造成本。簡化鈣鈦礦太陽電池的內(nèi)部器件結(jié)構(gòu)以及縮短電池器件的制備工藝流程，是降低其成本的有效方法。另外，簡化電池器件的結(jié)構(gòu)，能有效地揭示光伏電池的工作機(jī)理。鈣鈦礦太陽電池的基本結(jié)構(gòu)包括介孔骨架層、鈣鈦礦光伏活性層、空穴轉(zhuǎn)移層。然而，空穴轉(zhuǎn)移層材料通常是由螺旋環(huán)二勿芠類（Spiro-OMeTAD）及芘芳基胺衍生物等有機(jī)高分子化學(xué)物組成，其制備工藝復(fù)雜、價格昂貴，限制了鈣鈦礦太陽電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；此外，介孔骨架層制備方法復(fù)雜，結(jié)構(gòu)均勻性差。簡化鈣鈦礦太陽電池的結(jié)構(gòu)，同時深入探究電池器件的工作機(jī)理，對于鈣鈦礦電池的實際應(yīng)用具有積極意義。

　　
研究組劉英等針對上述問題，發(fā)展了一種結(jié)構(gòu)簡易、無空穴轉(zhuǎn)移層和介孔骨架層的鈣鈦礦太陽電池（圖a），其光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)10%以上（圖b）。該方法制備的CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦薄膜具有質(zhì)量高、工藝簡易、可重復(fù)的優(yōu)點。電池器件的工作機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，在TiO₂致密空穴阻擋層與CH₃NH₃PbI₃間形成了內(nèi)建電場，有利于光生載流子導(dǎo)出到外電路，又可有效抑制光生電子的回流及復(fù)合，確保了電池的正常工作及較高的光電轉(zhuǎn)換效率。

　　
上述研究得到了國家重大科學(xué)研究計劃、國家自然科學(xué)基金和中科院國際創(chuàng)新團(tuán)隊項目的資助。

 

鈣鈦礦太陽電池的SEM側(cè)面形貌圖(a)和J-V曲線圖（b）