近日，美國加利福尼亞大學洛杉磯分校楊陽課題組與中國西湖大學工學院王睿課題組以及韓國成均館大學Jin-Wook Lee課題組合作，就傳統提升鈣鈦礦電池光電轉換效率的表面處理策略所導致的能級不匹配問題進行了深入探索，并設計了全新的表面處理策略，實現了具有高光電轉換效率、長期穩定性的鈣鈦礦太陽能電池。在經過2000小時全天候加速光照測試后，鈣鈦礦電池仍然保持著超過87%的原始光電轉換效率，展現出其在未來光伏領域中的巨大潛力。該研究成果近日發表于《自然》。

基于鈣鈦礦結構的材料是近年來興起的新型太陽能電池材料，其晶體結構為ABX3，與傳統的鈦酸鈣(CaTiO3)結構類似，其中A位通常為一價有機或無機陽離子、B位為二價金屬陽離子、X位為鹵素陰離子。目前鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率從初始的3.8%提升到了目前的25.7%，已逼近硅太陽能電池的實驗室最高效率(26.7%)。然而其較差的工作穩定性，依舊是制約其商業化的主要因素。

基于此，科研團隊通過對傳統意義上有效且簡單的鈣鈦礦電池效率提升的策略——表面處理進行深入探索，發現盡管表面處理材料中的有機陽離子可以實現有效的表面缺陷鈍化，但被忽視的鹵素陰離子會導致表面電勢的改變，不利于電池的長期穩定性。科研人員通過引入有機陰離子替換鹵素陰離子，減少了表面電勢的偏移，在實現了超過24.4%的光電轉換效率的同時，保持了超過2000小時的長期工作穩定性。

總的來說，盡管常規的表面鈍化具有增益效果，但可能會對鈣鈦礦表面電勢造成影響，從而對鈣鈦礦器件工作穩定性產生副作用，限制了這些處理策略的進一步發展。科研團隊引入有機陰離子，可減弱其負面影響，從而實現最大化的穩定性改進。此外，有機陰離子的設計多樣性，為發展提升鈣鈦礦太陽能電池穩定性的更有效策略開辟了新路徑。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-022-04604-5