全無機鈣鈦礦太陽能電池

性能穩定且成本低廉

●創新點

自2009年無機-有機雜化鈣鈦礦材料首次應用于太陽能電池中以來，在短短幾年的時間內，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率已經從最初的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很高，但是其器件穩定性很差，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。穩定性差成為制約鈣鈦礦太陽能電池發展的一個重要因素。以往文獻中報道的鈣鈦礦太陽能電池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應用的難度和成本。為了解決鈣鈦礦太陽能電池中有機物不穩定的難題，南京大學化學與化工學院的金鐘課題組和美國杜克大學劉杰課題組合作，制作出性能穩定且成本低廉的全無機鈣鈦礦太陽能電池。

●方法和結果

金鐘和他的團隊制作的太陽能電池摒棄了傳統無機-有機雜化鈣鈦礦太陽能電池中所有不穩定的有機成分。由于全無機鈣鈦礦太陽能電池中的所有組分都具有高穩定性，因此整個制作過程都可以在空氣中完成，無須任何密封環境或惰性氣體保護。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%的環境中工作3個多月而性能沒有任何衰減。此外，將全無機鈣鈦礦太陽能電池放置在高溫(100℃)或者低溫(-22℃)下進行性能測試時，即使不封裝也可以長時間正常工作而不會出現效率衰減。

應用前景

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池短時間內效率的迅猛增長給人們帶來希望，然而其效率卻極其不穩定。全無機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定性方面邁出了關鍵的一步，為發展下一代能夠在嚴苛環境下工作的高性能鈣鈦礦太陽能電池提供了新思路，隨著研究進一步深入，鈣鈦礦太陽能電池的產業化時代即將到來。

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.