近日，上海交通大學環(huán)境科學與工程學院“青年”獲得者趙一新特別研究員帶領其可再生能源研究團隊在高性能太陽能電池的制備與內在機理研究方面持續(xù)取得突破性進展，先后在化學權威期刊《JournaloftheAmericanChemicalSociety》（SCI影響因子IF11.444），《JournalofPhysicalChemistryLetters》（SCI影響因子IF6.7）和《JournalofMaterialsChemistryA》（SCI影響因子IF6.6）上持續(xù)發(fā)表4篇高效率鈣鈦礦太陽能電池相關研究論文，這些原創(chuàng)性研究成果一經發(fā)表即受到業(yè)界的廣泛關注。

當前市場上主流的太陽能電池通常為光伏硅電池，該種電池使用的晶體硅，生產工藝復雜，生產成本較高，能耗較大。而最新異軍突起的鈣鈦礦太陽能電池則采用廉價的鉛、鹵素及胺鹽，這些原料在地球上儲量極其豐富，大大降低了太陽能電池制作成本。同時，鈣鈦礦太陽能電池制作技術簡單，只需將合成的鈣鈦礦液體涂刷在透明的導電基片上，通過控制鈣鈦礦制備的條件來控制吸收的太陽光光譜，從而達到控制電池的光電效率和透光量之間的平衡。同時，鈣鈦礦太陽能電池薄膜可以制備成色彩斑斕的太陽能電池片，有望作為裝飾材料用于建筑行業(yè)，這樣既使建筑物新增了美感和藝術氣息，又實現了清潔能源的利用。鈣鈦礦太陽能電池制作過程類似膠片涂刷，操作簡單，便于大規(guī)模生產。因其成本低、效率高等顯著優(yōu)勢成為近兩年全球太陽能電池領域的研究熱點。

鈣鈦礦太陽能電池研究的一個難點是如何獲得持續(xù)、致密的高質量的鉛鹵鈣鈦礦薄膜層。上海交大可再生能源研究團隊創(chuàng)造性的將CH3NH3Cl作為形貌控制劑，成功制備出光滑致密的鈣鈦礦層，解決了這項關鍵技術難題。該添加劑可同時改變旋涂鈣鈦礦的晶體生長并且調整所產鈣鈦礦膜的形貌，這種新方法解決了常規(guī)的一步法鈣鈦礦薄膜結晶過程對溫度、濕度要求苛刻且耗時長的缺點，同時解決了兩步法前驅體中碘化鉛殘留等物質對電池效率的不良影響。通過光滑致密的鈣鈦礦層制備的高質量的混合型鉛鹵鈣鈦礦CH3NH3PbI2Br的光電轉化效率達到國際領先水平，相關成果發(fā)表在國際權威期刊J.Am.Chem.Soc.(DOI:10.1021/ja5071398)和J.Mater.Chem.A(DOI:10.1039/C4TA05384B)上。

鈣鈦礦太陽能電池研究中另外一個亟待探明的問題是鈣鈦礦薄膜中碘化鉛殘留有關太陽能電池性能的影響。已有一些研究成果表明，碘化鉛的存在有關電池的效率存在不良影響，而另外一些文獻報道則顯示碘化鉛對太陽能電池的效率有促進用途。為深入探究其內在機制，上海交大可再生能源研究團隊借助飛秒激光超快光譜對鈣鈦礦電池的電子注射進行研究，證明在一定情況下少量碘化鉛的存在有利于電池效率的提升。這一研究成果為今后鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池的雜質調控供應了指導性的建議，相關研究成果發(fā)表在權威期刊J.Am.Chem.Soc.(DOI:10.1021/ja504632z)上。

上海交大可再生能源研究團隊自成立以來一直受到學校、學院的大力支持，迅速實現了一流平臺建設，獲得來自國家自然科學基金、國家青年千人資助計劃和學校985工程三期項目的資助，并與美國可再生能源國家實驗室、凱斯西儲大學等國際機構和大學積極開展緊密的科研合作。除鈣鈦礦太陽能電池研究之外，該團隊也同時進行環(huán)境功能光電材料上的研究。該團隊希望能夠和交大的其他科研團隊積極進行鈣鈦礦太陽能電池的合作，共同為創(chuàng)建綠色能源的美好未來而努力。

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