鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因優(yōu)異的光電性能等特點，在新一代光伏發(fā)電領(lǐng)域頗有應(yīng)用前景，已實現(xiàn)26%以上的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，有機-無機雜化鈣鈦礦的結(jié)晶過程較為復雜。中間相的參與，如混合溶劑相和δ相，使得制備出均勻和高結(jié)晶度的鈣鈦礦膜具有挑戰(zhàn)性，并導致晶格畸變、隨機取向和俘獲中心產(chǎn)生。結(jié)晶調(diào)控被證明是提高鈣鈦礦薄膜質(zhì)量和器件性能的有效方法。鈣鈦礦的結(jié)晶過程通常從Pb-I骨架開始，在前體溶液中形成納米級成核中心。因此，結(jié)晶調(diào)控的方法主要在將添加劑材料引入鈣鈦礦前體，以改性Pb-I結(jié)構(gòu)，從而更好地控制后續(xù)結(jié)晶。除了配位誘導的結(jié)晶控制之外，界面和晶界處缺陷的鈍化也是增強PSCs光電性能和穩(wěn)定性的方法之一。此外，平面外取向的鈣鈦礦光學活性相表現(xiàn)出比隨機取向更強的載流子傳輸傾向。探討鈣鈦礦的結(jié)晶過程和調(diào)控方法，有望加速實際應(yīng)用。

中國科學院大學、中國科學院高能物理研究所和清華大學組成的研究團隊，開發(fā)了多功能有機分子——乙內(nèi)酰脲(Hydantoin)，用于調(diào)節(jié)鈣鈦礦薄膜結(jié)晶。研究發(fā)現(xiàn)，Hydantoin多種官能團對鈣鈦礦前驅(qū)體的協(xié)同作用，抑制了溶劑中間相及δ相鈣鈦礦的生成，形成了鈣鈦礦光學活性相具有高結(jié)晶度且集中out-of-plane取向的鈣鈦礦膜，并抑制了多種缺陷以及載流子非輻射復合?；贖ydantoin輔助結(jié)晶制備出光電轉(zhuǎn)換效率超過25.66%(經(jīng)認證為25.15%)的鈣鈦礦太陽能電池，具有良好的環(huán)境穩(wěn)定性。在標準測量條件下的最大功率點輸出1600小時，鈣鈦礦太陽能電池仍保持初始效率的96.8%，并表現(xiàn)出優(yōu)異的離子遷移抑制效果。該研究對鈣鈦礦結(jié)晶和空間取向的協(xié)同調(diào)節(jié)，為推動鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展提供了新途徑。

相關(guān)研究成果以Realizing Stable Perovskite Solar Cells with Efficiency Exceeding 25.6% Through Crystallization Kinetics and Spatial Orientation Regulation為題，發(fā)表在《先進材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國家自然科學基金和國家重點研發(fā)計劃等的支持。