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今日Science：CsPbI3全無機(jī)鈣鈦礦再下一城，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)18.4%

通訊作者：Yabing Qi、Michael Gr?tzel、趙一新

通訊單位：沖繩科學(xué)技術(shù)研究院大學(xué) 、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院、上海交通大學(xué)

今日Science：CsPbI3全無機(jī)鈣鈦礦再下一城，能量轉(zhuǎn)換效率高達(dá)18.4%

成果速覽

有機(jī)無機(jī)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(guān)注。自2009年首次用于光伏發(fā)電器件以來發(fā)展至今其光電轉(zhuǎn)換率的最高記錄不斷被刷新，已實(shí)現(xiàn)24.2%能量轉(zhuǎn)化效率。但有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦在自然環(huán)境下卻不能長(zhǎng)期穩(wěn)定存在，穩(wěn)定性的問題是制約其繼續(xù)發(fā)展的瓶頸。

相比之下，全無機(jī)鉛鹵化物鈣鈦礦CsPbI3不含有揮發(fā)性有機(jī)組分，具有更高的穩(wěn)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(wěn)相，具有轉(zhuǎn)變?yōu)檎痪虲sPbI3的熱力學(xué)傾向。正交晶型的CsPbI3帶隙更寬（2.82 eV），嚴(yán)重限制了鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）。

近日，上海交通大學(xué)趙一新、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Michael Gr?tzel和沖繩科學(xué)技術(shù)研究院大學(xué)的Yabing Qi聯(lián)合團(tuán)隊(duì)制備出高度穩(wěn)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(zhuǎn)換效率（PSC）達(dá)15.1％。研究者還開發(fā)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(tài)，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(jí)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(wěn)定性和重現(xiàn)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(fā)表在國(guó)際期刊Science上。