一個國際研究小組制造了一種鈣鈦礦太陽能電池，據報道其具有較低的非輻射復合和缺陷態密度。

“我們的研究引入了一種創新的碘化鉛 (PbI2) 二次生長和 π-π 堆疊調節策略，可提高鈣鈦礦太陽能電池的光伏效率和穩定性，”該研究的主要作者 Mojtaba Abdi-Jalebi 告訴《光伏》雜志。“通過使用 4-氟苯酰胺 (FBA) 促進受控的 PbI2 成核和結晶，我們獲得了具有大晶粒和最小化缺陷狀態的高質量鈣鈦礦薄膜，將電池效率從 22.06% 提高到 23.62%。”

π-π堆積相互作用是現代化學和分子生物學中應用的一種非破壞性非共價相互作用，具有結合力強、制備過程無損、操作簡單等優點。

Abdi-Jalebi 表示：“通過 FBA 與碘化鉛 (Pb-I) 框架之間的 π-π 堆積和氫鍵相互作用，我們顯著穩定了 PbI6 骨架，解決了碘損失問題——這是鈣鈦礦太陽能電池性能下降的關鍵因素。這種方法不僅增強了 Pb-I 結構在熱和光應力下的彈性，而且在 1,300 小時內實現了 96% 的初始效率保持率，為實現穩定、商業上可行的鈣鈦礦太陽能電池鋪平了道路。”

該團隊利用吉布斯自由能低、結晶度高的多孔 PbI2 薄膜構建了大顆粒、低缺陷的鈣鈦礦吸收體。吉布斯自由能是物質可用于化學轉化或反應的可用能量。

該電池由氧化銦錫(ITO)制成的基板、氧化錫(SnO2)制成的電子傳輸層(ETL)、鈣鈦礦吸收劑、依賴于螺環-OMeTAD的空穴傳輸層(HTL)、基于間隔物的苯基-C61-丁酸甲酯(PCBM)和銀(Ag)金屬觸點構成。

在標準光照條件下測試，器件光電轉換效率為23.62%，開路電壓為1.17 V，短路電流密度為26.19 mA/cm2，填充因子為77.24%;未經FBA處理構建的參考電池效率為22.07%，開路電壓為1.15 V，短路電流密度為25.19 mA/cm2，填充因子為76.47%。

在空氣中暴露 1,000 小時后，該電池仍能保持 77% 的效率，而參考設備的效率為 58%。

研究小組解釋說：“目標鈣鈦礦電池在濕度和熱穩定性測試中都表現出了優異的穩定性。”“在順序沉積方法中調節 PbI2 晶體生長對于優化鈣鈦礦晶體的后續生長至關重要。”

這一新穎的電池概念是在《化學工程雜志》上發表的一項研究“碘化鉛二次生長和 π-π 堆疊調節使順序鈣鈦礦太陽能電池效率達到 23.62% ”中提出的。

該研究團隊由中國西南石油大學、重慶大學和英國倫敦大學學院馬萊特廣場分校的科學家組成。