有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦作為一種新興的光電半導(dǎo)體材料，因其諸多優(yōu)異的光電特性和低廉的制造成本，而受到了世界范圍內(nèi)的研究人員的廣泛關(guān)注。

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從2009年至今，通過對(duì)鈣鈦礦材料性質(zhì)、太陽能電池器件結(jié)構(gòu)以及相關(guān)界面的不斷深入研究，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率從3.8%提升到了23.7%。不同于傳統(tǒng)的硅材料，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦通常被認(rèn)為是一種較軟的離子晶體，在其多晶薄膜中容易形成各種各樣的點(diǎn)缺陷（如空位、間隙離子、反位取代等），它們往往作為非輻射復(fù)合中心，影響薄膜的光致發(fā)光的量子效率，降低太陽能器件的光伏性能。?

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近年來，人們一直在努力探索這些缺陷，以揭示其形成和消除的機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)，缺陷的形成與溶液狀態(tài)和加工條件息息相關(guān)，同時(shí)，通過添加合適的添加劑，改變?nèi)芤籂顟B(tài)，控制薄膜加工條件，可以降低鈣鈦礦多晶薄膜中缺陷密度，從而提高相應(yīng)的器件的光電轉(zhuǎn)化效率。然而，目前對(duì)于如何大幅度消除各類碘基有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦中的深能級(jí)缺陷，如間隙碘，還缺少普適可靠的手段。

北京大學(xué)工學(xué)院周歡萍團(tuán)隊(duì)與合作者在堿性調(diào)控鈣鈦礦太陽能電池缺陷性質(zhì)和結(jié)晶動(dòng)力學(xué)的研究中取得重要進(jìn)展，相關(guān)工作發(fā)表在著名期刊Nature Communications（DOI: 10.1038/s41467-019-09093-1），https://www.nature.com/articles/s41467-019-09093-1。?

圖1：(a) 弱堿性消除鈣鈦礦薄膜深能級(jí)缺陷示意圖。(b) 堿性影響鈣鈦礦薄膜結(jié)晶動(dòng)力學(xué)示意圖。

針對(duì)這一問題，周歡萍課題組及合作者，通過在前驅(qū)液中引入堿性物種，促使單質(zhì)碘雜質(zhì)在不同的堿性環(huán)境下發(fā)生歧化反應(yīng)，有效的抑制和消除了前驅(qū)液中的單質(zhì)碘雜質(zhì)。

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同時(shí)，堿性的引入進(jìn)一步地影響了鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和缺陷性質(zhì)，大幅度提升了相應(yīng)的鈣鈦礦光伏器件的開路電壓和光電轉(zhuǎn)化效率。

該工作深入系統(tǒng)地研究了不同堿性強(qiáng)弱對(duì)前驅(qū)液中碘單質(zhì)的歧化反應(yīng)（堿性介質(zhì)可使大部分零價(jià)碘缺陷還原成碘離子）、成膜過程中黃相黑相的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)（弱堿性介質(zhì)有利于光活性相黑相的形成，而強(qiáng)堿性介質(zhì)則抑制光活性相黑相形成）、鈣鈦礦薄膜中缺陷態(tài)密度的影響。

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同時(shí)，以乙酸甲脒作為一種“無殘留”的弱堿性物質(zhì)為例，可以有效地調(diào)控混鹵鈣鈦礦(FA,MA,Cs)Pb(I,Br)3前驅(qū)體中陽離子的化學(xué)計(jì)量比，同時(shí)通過消除前驅(qū)液中的碘單質(zhì)，大幅降低其薄膜中深層缺陷的密度。

圖2：太陽能電池光伏性能。(a) PVSK和PVSK-FA器件的電流-電壓曲線。(b) 左圖：PVSK和PVSK-FA薄膜的吸收和PL光譜；右圖：PVSK和PVSK-FA器件開路電壓統(tǒng)計(jì)直方圖。(c) PVSK-FA器件的正反掃。(d) PVSK-FA器件的穩(wěn)態(tài)電流密度和效率。PVSK和PVSK-FA器件的 (e) 瞬態(tài)光電壓衰減曲線和 (f) 變光強(qiáng)開路電壓曲線

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據(jù)此，該課題組成功制備了經(jīng)美國Newport認(rèn)證的20.87%效率的混鹵鈣鈦礦太陽能電池，同時(shí)，開路電壓損失也降低至413 mV，為平面鈣鈦礦太陽能電池中認(rèn)證值電壓損失最小的器件之一。

該論文的第一作者是周歡萍課題組2016級(jí)博士生陳怡華。周歡萍特聘研究員為通訊作者。合作者還包括北京理工大學(xué)陳棋課題組、香港科技大學(xué)黃勃龍課題組、南京工業(yè)大學(xué)王建浦課題組、國家納米中心劉新風(fēng)課題組、澳門大學(xué)邢貴川教授、中國科學(xué)院上海高等研究院李東棟研究員等。