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??? 南京大學化學化工學院金鐘教授共同帶領(lǐng)的“微納米能源材料課題組”在全無機鈣鈦礦太陽能電池方面取得重要進展，相關(guān)研究成果以“All-Inorganic Perovskite Solar Cells”為題發(fā)表在Journal of the American Chemical Society, 2016, DOI:?10.1021/jacs.6b10227。助理研究員梁佳博士為論文第一作者。

??? 自從2009年無機-有機雜化鈣鈦礦材料首次應(yīng)用于太陽能電池中以來，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%。然而，雖然目前鈣鈦礦太陽能電池的效率已經(jīng)很高，其器件穩(wěn)定性卻很差，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。到目前為止，文獻中報道的鈣鈦礦太陽能電池絕大多數(shù)都必須在氮氣保護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。另一方面，目前應(yīng)用于無機-有機雜化鈣鈦礦太陽能電池的有機空穴傳輸材料（例如：spiro-MeOTAD或PTAA）和貴金屬對電極材料（例如：金）都是非常昂貴的，因此，尋找廉價的空穴傳輸層材料和對電極材料也是目前面臨的一大問題。

??? 為了尋找解決方案，金鐘課題組首次提出了制作完全由無機材料構(gòu)成的鈣鈦礦太陽能電池，即摒棄傳統(tǒng)無機-有機雜化鈣鈦礦太陽能電池中所有不穩(wěn)定的有機成分（圖1）。由于全無機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，無需任何密封環(huán)境或氣氛保護。這種全無機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（圖2）。其次，將全無機鈣鈦礦太陽能電池在高濕度環(huán)境中放置在高溫(100 °C)或者低溫(-22 °C)下進行性能測試時，同樣顯示該太陽能電池即使不封裝也可以長時間正常工作而沒有出現(xiàn)效率衰減。最后，該電池用廉價易得的碳電極取代了昂貴的有機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。

??? 該研究工作得到了973計劃、重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金等項目的資助。

圖1. （a）全無機鈣鈦礦太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)圖；（b）全無機鈣鈦礦太陽能電池的能帶示意圖；（c）無機鈣鈦礦材料CsPbBr₃的原子結(jié)構(gòu)；（d）全無機鈣鈦礦太陽能電池（未覆蓋碳電極之前）的XRD圖譜；（e）CsPbBr₃的UV-Vis圖譜；（f）CsPbBr₃的(Ahv)²-hv曲線。

圖2.（a）全無機鈣鈦礦太陽能電池的J-V曲線；（b）40個全無機鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率分布；（c）全無機鈣鈦礦太陽能電池和傳統(tǒng)有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池在相對濕度為90-95%的環(huán)境中的穩(wěn)定性對比；（d）在高溫環(huán)境(100 °C)中的穩(wěn)定性對比；（e）全無機鈣鈦礦太陽能電池在從-22 °C到100 °C的極端溫度循環(huán)中的性能穩(wěn)定性測試。