就像是金庸小說中各家頂尖高手要“華山論劍”爭奪武功天下第一，光伏界尤其是目前熱門的鈣鈦礦太陽能電池領域的研究團隊也一直在你追我趕，期望自己器件的光電轉換效率能獨步江湖。說到光電轉換效率，就不得不提到Newport公司。Newport是一家權威的效率認證機構，得到了美國國家可再生能源實驗室的授權，出具全球不同光伏技術的最高光電轉換效率表。不久前，Newport更新了鈣鈦礦太陽能電池的認證最高效率——22.1%?？墒?，這個創(chuàng)紀錄的電池如同金庸小說里的頂尖高手一樣，帶有許多神秘感，研究人員等了相關文獻好久卻一直沒有看到。直到最近，一篇Science 論文才揭開了它的面紗。
這一新紀錄來自韓國科學家——蔚山國立科學技術研究所（UNIST）的Sang Il Seok教授、韓國化學技術研究所（KRICT）的Jun Hong Noh博士和漢陽大學的Eun Kyu Kim教授等人。這一次，他們改進了他們之前發(fā)明的基于分子內交換（intramolecular exchange）的兩步法（Science, 2015, 348, 1234-1237，點擊閱讀詳細），通過引入額外的碘離子，制備出缺陷更少的高質量鈣鈦礦薄膜。由此所制得的小面積太陽能電池的認證效率達到22.1%，而大面積（1 cm2）電池的認證效率也達到19.7%。
Sang Il Seok教授（后排左四）研究團隊。圖片來源：UNIST
對于鈣鈦礦太陽能電池來說，形成一層均勻致密的高質量無機-有機雜化鈣鈦礦材料薄膜是提高效率的關鍵，而缺陷會降低器件的開路電壓和短路電流密度，拖累電池性能，當然應該控制的越少越好。理論研究表明，類似空位和間隙的點缺陷形成能量較低，是甲胺鉛碘（MAPbI3）鈣鈦礦中最有可能出現的缺陷。另外，陽離子取代和反位取代也會形成。盡管多數空位缺陷形成接近帶隙的淺電子能級，但深能級缺陷（類似間隙和反位缺陷）的形成會導致非輻射復合中心數增多，降低光電轉換效率。作者之前開發(fā)的基于分子內交換的兩步法，能制備較高質量的甲脒鉛碘（FAPbI3）鈣鈦礦，但也容易形成一種碘缺乏中間產物[(Pb3I8)n]2n?。因此，作者想到引入額外的碘離子來解決這個問題。
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