七月十八日出版的《科學》(Science)雜志刊發(fā)了華中科技大學韓宏偉課題組在國家自然科學基金委員會青年基金(項目編號61106056)資助下完成的有關全印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池研究的新成果。

充分利用太陽能是解決目前人類面對的能源短缺和環(huán)境污染等問題的根本途徑。作為第三代太陽能電池的代表，基于介觀尺度的無機或有機半導體材料及三維互穿網(wǎng)絡結構的新型介觀太陽能電池因其有望實現(xiàn)廉價獲取能源而受到各國科研工作者的關注。特別是近兩年，隨著鈣鈦礦材料如MAPbI3(碘鉛甲胺)的應用，這種介觀太陽能電池以超乎尋常的速度發(fā)展，光電轉換效率從3.8%快速提升至17.9%，顯示出良好的應用前景。然而遺憾的是，獲得該效率的太陽能電池所采用的有機空穴傳輸材料及金對電極不僅價格昂貴(據(jù)報道有機空穴傳輸材料spiro-OMeTAD價格為金或鉑的10倍)，且需高真空等高能耗加工過程。因此，如何在廉價條件下實現(xiàn)高效穩(wěn)定的全固態(tài)介觀太陽能電池依然是實現(xiàn)太陽能大規(guī)模應用的關鍵問題。

借鑒鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展，韓宏偉課題組通過引入兩性分子開發(fā)出混合陽離子型鈣鈦礦材料(5-AVA)x(MA)(1-x)PbI3(碘鉛甲胺-5-氨基戊酸)，并將其應用于無空穴傳輸材料可印刷介觀太陽能電池中。其特點是在單一導電襯底上通過逐層印刷方式涂覆二氧化鈦納米晶膜、氧化鋯絕緣層、碳對電極層，之后填充鈣鈦礦材料。這一關鍵技術實現(xiàn)了介觀太陽能電池低成本和持續(xù)生產(chǎn)工藝的完美結合。結果顯示這種新材料的應用不僅獲得了12.84%的光電轉換效率，且器件顯示出良好的重復性及穩(wěn)定性。該光電轉換效率獲得美國Newport公司獨立光伏實驗室權威公證，為目前國際上無空穴傳輸材料型鈣鈦礦太陽能電池最高效率。

圖A、全印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池結構示意圖;B、能級示意圖;C、鈣鈦礦MAPbI3晶體結構示意圖。

韓宏偉課題組所開發(fā)的全印刷介觀太陽能電池適應了光伏產(chǎn)業(yè)對廉價太陽能電池的需求。審稿人評價說，這項突破性研究成果將對未來太陽能電池的發(fā)展出現(xiàn)巨大的影響。