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(zhǎng)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(huì)《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(diǎn)。在獲得高光電轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，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(jiǎn)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(jiǎn)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(jià)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(jiǎn)化鈣鈦礦太陽電池的結(jié)構(gòu)，同時(shí)深入探究電池器件的工作機(jī)理，對(duì)于鈣鈦礦電池的實(shí)際應(yīng)用具有積極意義。

　　
研究組劉英等針對(duì)上述問題，發(fā)展了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jiǎn)易、可重復(fù)的優(yōu)點(diǎn)。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(chǎng)，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(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和中科院國際創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)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）