近期，固體所李新化老師課題組與戴建明老師課題組合作，在鈣鈦礦太陽能電池領域研究取得新進展，開發了一種無有機電子傳輸層的新型高效鈣鈦礦太陽能電池，相關研究發表在先進材料(Advanced Materials)雜志子刊Solar RRL (DOI:10.1002/solr.201800167)上。

　　作為新能源中不可或缺的一部分，光伏能源的研究進展備受關注。其中，鈣鈦礦結構太陽能電池由于具有優越的光吸收特性、帶隙可調、載流子壽命長、遷移率高、制備工藝簡單、成本低廉等優點，具有廣泛的應用前景，成為光伏領域的研究熱點。

　　鈣鈦礦太陽能電池分為正式(n-i-p)和反式(p-i-n)兩種結構，而反式(p-i-n)平面結構鈣鈦礦太陽能電池(陽極/空穴傳輸層/鈣鈦礦/電子傳輸層/陰極金屬)憑借制備工藝簡單、可低溫成膜、無明顯遲滯效應等優點受到越來越多的關注。但是仍然面臨諸多問題：一是光電轉換效率還稍顯不足；二是作為鈣鈦礦(如：甲胺鉛碘(MAPbI₃))太陽能電池的核心部件有機電子傳輸層(如：C60、PCBM等富勒烯及其衍生物)的熱穩定性差，且無法阻擋金屬電極在MAPbI₃中的擴散；三是有機電子傳輸層成本昂貴等。

　　為了解決這些問題，固體所研究人員利用金屬鈦(Ti)取代有機電子傳輸層，設計出如圖1所示的鈣鈦礦太陽能電池(ITO(陽極透明導電玻璃)/PTAA(有機空穴傳輸層)/MAPbI₃/Ti/Cathode (陰極金屬))結構。研究表明，利用Ti的高粘滯性制備的Ti (10nm) 層能夠完整共型的覆蓋在鈣鈦礦表面，有利于降低電極接觸電阻，并且能夠有效抑制陰極金屬在鈣鈦礦器件中的擴散，從而有助于保護器件結構的完整性和穩定性；另一方面，在Ti與MAPbI₃的界面處，Ti與甲胺離子(MA⁺)形成Ti-N鍵，能夠抑制MAPbI₃因表層MA⁺的揮發而引起的分解，進一步提高了器件的穩定性(圖2)。研究結果顯示利用Ti作為電子傳輸層制備的鈣鈦礦電池的光電轉換效率已經達到18.1% (圖3)，這是目前金屬材料與鈣鈦礦層直接接觸器件所達到的最高效率，也是足以媲美傳統PCBM作為有機電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率。而且相比于有機電子傳輸層的制備條件，Ti層的制備和成本更為簡單與低廉。

　　此研究工作為構筑高效的鈣鈦礦太陽能電池提供了嶄新思路，具有非常重要的指導意義。

　　該工作得到國家自然科學基金，國家自然科學基金聯合基金的資助。

　　文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/solr.201800167

　　圖1. 反式ITO/PTAA/MAPbI₃/Ti/Cathode結構的鈣鈦礦器件示意圖

　　圖2. MAPbI₃/Ti中界面Ti-N成鍵示意圖

　　圖3. 陰極金屬不同的鈣鈦礦器件電流-電壓圖