太陽能是一種取之不盡的清潔能源，發展高效且廉價的光伏技術将有助于我國實現碳達峰與碳中和的目标。鈣钛礦是一種新興的高效光伏材料，其可溶液加工和離子型晶體特性使鈣钛礦薄膜的光伏效應被深能級缺陷顯著削弱。既往的報道大多基于額外引入添加劑實現鈍化；碘化鉛（PbI₂）作為鈣钛礦的合成原材料和分解後的組分存在于鈣钛礦薄膜中，本身就是一種天然的優良鈍化劑，有望用于實現非添加劑的高效鈣钛礦太陽能電池。然而，PbI₂的光不穩定分解會在鈣钛礦薄膜中引入孔洞，使器件穩定性下降。如何趨利避害地利用這把“雙刃劍”，充分發揮其鈍化效應一直是相關領域内的一個難題。

近日，beat365官方网站、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室、納光電子前沿科學中心趙清教授課題組使用低溫凝結痕量水，僅僅刻蝕鈣钛礦薄膜上表面，可以可控地産生僅分布在上表面晶界的PbI₂，實現對PbI₂位置分布的有利調控，從而巧妙地使PbI₂與鈣钛礦晶粒構成自誘導I型（Type-I）能帶排列，分布在鈣钛礦和空穴傳輸層之間（圖1），有效避免了載流子在晶界處的非輻射複合損失，在很大程度上提高了鈣钛礦太陽能電池效率。當光經過完整鈣钛礦薄膜到達PbI₂時，幾乎完全被鈣钛礦薄膜吸收，因此将大大減弱光對PbI₂的分解能力，避免由于分解産生的孔洞導緻的器件穩定性削弱的難題。

圖1 PbI₂與鈣钛礦晶粒形成的自誘導I型能帶排列（左）和光吸收（右）示意圖

基于該方法，研究人員獲得了載流子壽命超過2.5 μs的高質量鈣钛礦薄膜，并将鈣钛礦太陽能電池的開路電壓從1.07 V提高到1.17 V。在一步法制備中将鈣钛礦太陽能電池的能量轉換效率從20.2%提升到22.4%，并在兩步法制備中實現了23.2%的高能量轉換效率（圖2）。

圖2  鈣钛礦薄膜掃描電鏡（SEM）形貌圖、掠入射X射線衍射（GIXRD）圖及一步法和兩步法制備電池J-V曲線圖（從左至右）

2021年8月17日，相關研究成果以“表面晶界處自誘導I型能帶排列實現高效穩定的鈣钛礦太陽能電池”（Self-Induced type-I band alignment at surface grain boundaries for highly efficient and stable perovskite solar cells）為題，在線發表于《先進材料》（Advanced Materials）；beat365官方网站2020級博士研究生駱超為論文第一作者，趙清為通訊作者。

上述研究工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、北京市自然科學基金，及beat365長三角光電科學研究院、量子物質材料協同創新中心等支持。

論文原文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202103231