阳离子和阴离子共同作用修复钙钛矿材料的“空穴”

能源短缺和环境污染是中国可持续发展面临的主要问题。太阳能发电有望改变中国的能源结构，解决环境问题。南京工业大学新材料研究院秦教授最近利用一种阴阳离子钝化材料修复了钙钛矿“晶体构筑”的两种“孔洞”，全方位钝化了钙钛矿材料的缺陷，改变了其化学性质，从而实现了效率和稳定性的兼顾。相关研究成果近日发表在国际学术期刊《材料》上。

“在‘双碳’的背景下，提高钙钛矿材料和电池的环境稳定性对于实现钙钛矿太阳能电池的商业化至关重要。”秦介绍，钙钛矿太阳能电池具有较高的功率转换效率，可与目前商用的硅太阳能电池相媲美。但由于其制造工艺简单，更加经济环保，成为世界各国科学家的“宠儿”。有望为“双碳”目标的实现做出贡献。

然而，令研究人员担忧的是，目前的钙钛矿太阳能电池对湿度、温度和光线的变化仍然非常敏感。钙钛矿太阳能电池在温度升高、受辐照、遇水时容易退化，存在稳定性差等一些突出问题。

"钙钛矿材料像盐一样，是一种由阴离子和阳离子组成的晶体."秦形象地介绍，在微观世界中，这种“水晶建筑”有很多有缺陷的孔洞，会让外界的水汽通过孔洞进入“建筑”内部。随着蓄水越来越多，“大楼”终将倒塌。从宏观上看，钙钛矿晶体是分解破坏的。因此，科学家们开发了各种材料来修复这种“建筑”的缺陷，保护它免受外部水蒸气的侵蚀。

秦说，阳离子和阴离子一起形成晶体，所以钙钛矿“晶体建筑”也有两种“洞”，即阴离子缺陷和阳离子缺陷。以前的国际同行只修了一种“洞”。他们使用了一种阴阳离子钝化材料，修复了钙钛矿“晶体建筑”中的两种“洞”。用这种方法制造的钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性得到了极大的提高。

南京工业大学博士生王俊干介绍，该研究成果在一个标准太阳光下可以达到23%以上的光电转换效率，已经超越了目前商用硅太阳能电池的效率。同时，通过阴阳离子的协同作用构建两层防水隔离层，可以有效提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，从而延长电池的工作时间，实现连续光照下1000小时以上的环境稳定性。

“通过这项研究，我们用一种策略同时解决了多个钙钛矿太阳能电池的痛点，也增加了尝试制备更大面积太阳能电池的信心，为钙钛矿太阳能电池的商业化做准备。”秦对说道。