近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所微納技術與器件研究室研究員葉長輝課題組在鈣鈦礦太陽電池研究方面取得新進展，相關成果發表在英國皇家化學會《材料化學雜志》上（J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 14902-14909)。

　　
鈣鈦礦太陽電池具有高的光電轉換效率和較低的制備成本，成為太陽能電池領域的研究熱點。在獲得高光電轉換效率的同時，研究人員不斷探索新方法，來進一步降低電池器件的制造成本。簡化鈣鈦礦太陽電池的內部器件結構以及縮短電池器件的制備工藝流程，是降低其成本的有效方法。另外，簡化電池器件的結構，能有效地揭示光伏電池的工作機理。鈣鈦礦太陽電池的基本結構包括介孔骨架層、鈣鈦礦光伏活性層、空穴轉移層。然而，空穴轉移層材料通常是由螺旋環二勿芠類（Spiro-OMeTAD）及芘芳基胺衍生物等有機高分子化學物組成，其制備工藝復雜、價格昂貴，限制了鈣鈦礦太陽電池的產業化進程；此外，介孔骨架層制備方法復雜，結構均勻性差。簡化鈣鈦礦太陽電池的結構，同時深入探究電池器件的工作機理，對于鈣鈦礦電池的實際應用具有積極意義。

　　
研究組劉英等針對上述問題，發展了一種結構簡易、無空穴轉移層和介孔骨架層的鈣鈦礦太陽電池（圖a），其光電轉換效率高達10%以上（圖b）。該方法制備的CH₃NH₃PbI₃鈣鈦礦薄膜具有質量高、工藝簡易、可重復的優點。電池器件的工作機理研究發現，在TiO₂致密空穴阻擋層與CH₃NH₃PbI₃間形成了內建電場，有利于光生載流子導出到外電路，又可有效抑制光生電子的回流及復合，確保了電池的正常工作及較高的光電轉換效率。

　　
上述研究得到了國家重大科學研究計劃、國家自然科學基金和中科院國際創新團隊項目的資助。

 

鈣鈦礦太陽電池的SEM側面形貌圖(a)和J-V曲線圖（b）