近日，加州大學洛杉磯分校楊陽課題組與西湖大學工學院王睿課題組以及成均館大學Jin-Wook Lee課題組合作，就傳統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，該方案實現了具有高光電轉換效率，是一種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。3月15日，該研究成果發表在Nature上，西湖大學工學院特聘研究員王睿為論文的共同通訊作者。 

　　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25.7%的記錄轉換效率，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問題。

　　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，從而對長期穩定性存在不利影響。科研人員通過引入了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，但其可能的對表面電勢的影響所產生對鈣鈦礦器件工作穩定的副作用限制了以這些處理策略的進一步發展。科研團隊將有機陰離子的引入，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，為發展更有效的提升鈣鈦礦太陽能電池穩定性策略開辟了新的路徑。

　　具有不同陰離子的表面處理材料的鈣鈦礦表面電勢分析    受訪者供圖 

　　有效提升鈣鈦礦太陽能的穩定性和轉換效率     受訪者供圖