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今日Science：CsPbI3全無機鈣鈦礦再下一城，能量轉換效率高達18.4%

通訊作者：Yabing Qi、Michael Gr?tzel、趙一新

通訊單位：沖繩科學技術研究院大學 、洛桑聯邦理工學院、上海交通大學

今日Science：CsPbI3全無機鈣鈦礦再下一城，能量轉換效率高達18.4%

成果速覽

有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因其低成本、高效率而受到了全世界的廣泛關注。自2009年首次用于光伏發電器件以來發展至今其光電轉換率的最高記錄不斷被刷新，已實現24.2%能量轉化效率。但有機無機雜化鈣鈦礦在自然環境下卻不能長期穩定存在，穩定性的問題是制約其繼續發展的瓶頸。

相比之下，全無機鉛鹵化物鈣鈦礦CsPbI3不含有揮發性有機組分，具有更高的穩定性，其立方相具有最合適的帶隙（Eg=1.73 V），是理想的替代品。一般情況下，CsPbI3存在立方、正交兩種晶型。但立方晶型的CsPbI3在室溫下為亞穩相，具有轉變為正交晶型CsPbI3的熱力學傾向。正交晶型的CsPbI3帶隙更寬（2.82 eV），嚴重限制了鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率（PCE）。

近日，上海交通大學趙一新、洛桑聯邦理工學院Michael Gr?tzel和沖繩科學技術研究院大學的Yabing Qi聯合團隊制備出高度穩定的四方晶系的β-CsPbI3鈣鈦礦薄膜，具有更寬的紫外-可見（UV-vis）吸收范圍且其能量轉換效率（PSC）達15.1％。研究者還開發了一種使用碘化膽堿（CHI）裂解-填充的界面處理方法，該方法不僅鈍化了鈣鈦礦的表面陷阱態，增加載流子壽命，還使β-CsPbI3鈣鈦礦和電子傳輸層、空穴傳輸層的能級更好地匹配。通過這種方法，基于β-CsPbI3的PSC的效率提高到18.4％，具有高穩定性和重現性。

該成果以“Thermodynamically stabilized β-CsPbI3–based perovskite solar cells with efficiencies >18% ”為題于2019年8月9日發表在國際期刊Science上。