椅式能带结构调控无机钙钛矿材料光电性能新策略

　　近日，我所薄膜硅太阳电池研究组（DNL1606）刘生忠研究员团队与陕西师范大学田庆文教授、王康博士等合作，在无机CsPbI₃太阳电池研究方面取得新进展，研发出具有椅式能带结构的无机太阳电池。

　　无机CsPbI₃材料因其高热稳定性、化学稳定性，以及优异的光电性能，在太阳电池领域具有广阔的应用前景。但是由于CsPbI₃薄膜界面与本体的载流子复合会导致能量损失，从而限制该类太阳电池光电性能的提升。此外，CsPbI₃电池对水汽敏感性是该材料商业化应用的又一技术瓶颈。

　　为了提高无机钙钛矿电池光电性能以及环境稳定性，该团队设计出了一种椅式能带结构的CsPbI₃太阳电池，即在CsPbI₃吸收层上表面制备CsPbI₃量子点层，下表面制备苯基三甲基溴化铵（PMABr）薄层。CsPbI₃量子点层能够减少与CsPbI₃微晶薄膜的晶格失配，并且作为空穴传输通道促进电子和空穴的分离。PMABr中的有机阳离子和Br元素的梯度掺杂有利于CsPbI₃薄膜稳定性的提升。这两种钝化材料不仅使CsPbI₃薄膜界面的禁带宽度增加，抑制电子和空穴对的复合速率，而且更加匹配的能级结构以及能带的弯曲，可以促进电子和空穴对的分离与抽取。基于该策略，该团队将CsPbI₃钙钛矿电池的光电转换效率提升至17.12%，开路电压提升至1.15V，开压损耗降低至0.53eV，这也是该材料当前所报道的较高的光电性能。此外，该电池的环境稳定性也明显提升。

　　相关研究成果发表在Cell Reports Physical Science上。上述研究工作得到国家重点研究与发展计划、中央高校基础研究基金、国家自然科学基金项目、111项目、长江学者创新团队等项目的资助。(文/图　刘生忠、段连杰)