2月2日，由南方科技大學(xué)材料科學(xué)與工程系講席教授徐保民、研究助理教授章勇、前沿與交叉科學(xué)研究院研究教授王行柱團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》發(fā)表了最新研究成果。研究團(tuán)隊(duì)成功揭示了水相合成鈣鈦礦晶體前驅(qū)體的純化機(jī)制，為制備高效太陽能電池并大幅降低原料成本提供了重要支持。

隨著全球?qū)�可再生能源的需求不斷增長，鈣鈦礦太陽能電池作為下一代太陽能技術(shù)的代表，備受矚目。盡管鈣鈦礦太陽能電池具有低成本制備、高能量轉(zhuǎn)換效率的潛力，但鈣鈦礦層中的缺陷一直是電池高效使用的主要挑戰(zhàn)，以往的研究主要通過添加劑或界面修飾來鈍化這些缺陷。另外，商業(yè)化碘化鉛試劑中的雜質(zhì)可能催化鈣鈦礦溶液降解和生成有害副產(chǎn)物，進(jìn)一步加劇了問題的復(fù)雜性。

此外，前驅(qū)體混合物中，碘甲脒和碘化鉛的非化學(xué)計(jì)量比例可能導(dǎo)致雜質(zhì)碘單質(zhì)的生成，并隨時(shí)間降低溶液的pH值，最終極大地影響電池性能，而高純度前驅(qū)體可以顯著減小雜質(zhì)引起的內(nèi)在缺陷。

如今，鈣鈦礦薄膜的前驅(qū)體材料已經(jīng)逐漸由單體混合的技術(shù)路線開始轉(zhuǎn)向預(yù)先合成鈣鈦礦晶體原料的技術(shù)路線。但合成這些鈣鈦礦晶體的方法存在著有毒溶劑的使用、合成純度低和產(chǎn)率低等問題，極大地限制了鈣鈦礦晶體技術(shù)的應(yīng)用。

基于此，研究團(tuán)隊(duì)成功地開發(fā)了使用水作為溶劑合成鈣鈦礦前驅(qū)體的方法，并深入研究了水相合成鈣鈦礦晶體的純化機(jī)制。不僅為鈣鈦礦晶體合成建立了溶劑篩選標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還建立了鈣鈦礦晶體原料評(píng)價(jià)方法。

在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)成功地通過水相合成獲得了高純度的甲脒碘化鉛晶體，其純度平均值可達(dá)99.994%。這一成果通過使用低成本、低純度的原材料，實(shí)現(xiàn)了公斤級(jí)的規(guī)模化生產(chǎn)，成本比商業(yè)碘化鉛和甲脒碘化物低兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，水溶劑能夠去除前驅(qū)體中的雜質(zhì)，如鈣、鈉和鉀離子，是晶體純度提高的主要原因。雜質(zhì)的減少不僅降低了缺陷密度，還延長了鈣鈦礦薄膜中的載流子擴(kuò)散長度，為鈣鈦礦太陽能電池的卓越性能提供了有力支持。

通過使用這些經(jīng)過純化的前驅(qū)體材料，研究團(tuán)隊(duì)在反式結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池中取得了25.6%的光電轉(zhuǎn)換效率，并在連續(xù)模擬太陽輻照1000小時(shí)后仍然保持了94%的初始光電轉(zhuǎn)換效率。

該研究有望為未來高效太陽能電池的制備提供了重要的技術(shù)支持，為可再生能源領(lǐng)域的發(fā)展注入新的活力，為清潔能源的發(fā)展貢獻(xiàn)更多可能。

作者：刁雯蕙 來源：中國科學(xué)報(bào) 責(zé)任編輯：jianping