鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是近幾年興起的一類(lèi)具有巨大應(yīng)用前景的太陽(yáng)能電池,，它具有光電轉(zhuǎn)換效率高,、成本低以及制備工藝簡(jiǎn)單等突出優(yōu)點(diǎn),。經(jīng)過(guò)幾年的快速發(fā)展,，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率已從初始的3.8%迅速提高到22.1%，已接近或超過(guò)傳統(tǒng)高效薄膜太陽(yáng)能電池（如銅銦鎵硒或碲化鎘等）,，進(jìn)一步發(fā)展,，可與硅及砷化鎵等單晶太陽(yáng)能電池媲美。
目前高效的鈣鈦礦電池均采用低溫致密TiO2與高溫多孔TiO2相結(jié)合的介孔結(jié)構(gòu)作為電子傳輸層,，但介孔層制備溫度較高,、工藝過(guò)程較為復(fù)雜，不利于大規(guī)模生產(chǎn),。近年來(lái),，人們發(fā)現(xiàn)有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化的鈣鈦礦材料具有幾微米甚至長(zhǎng)達(dá)上百微米載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的有機(jī)半導(dǎo)體幾十納米的擴(kuò)散長(zhǎng)度,。鑒于鈣鈦礦自身優(yōu)異的電荷傳輸能力,，可完全不需要借助高溫?zé)Y(jié)TiO2介孔層來(lái)輔助電子傳輸，制備簡(jiǎn)單平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,。
平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池具有制備工藝簡(jiǎn)單,、低溫制備且與柔性器件制備工藝兼容等優(yōu)勢(shì),。但人們廣泛研究的基于TiO2致密層的鈣鈦礦電池存在嚴(yán)重“電滯”現(xiàn)象，在反向測(cè)量(從開(kāi)路電壓掃到短路電流)條件下能獲得較高效率,，但正向測(cè)量(從短路電流掃到開(kāi)路電壓)時(shí)效率較低,，使得人們不能正確評(píng)判這類(lèi)電池光電轉(zhuǎn)換效率?！半姕爆F(xiàn)象一直困擾平面鈣鈦礦電池研究，導(dǎo)致該現(xiàn)象可能的原因包括：鈣鈦礦層中離子移動(dòng),、鈣鈦礦/電子傳輸層TiO2界面缺陷或能級(jí)排布差異等形成的勢(shì)壘,，以及TiO2低的電子遷移率等阻礙了電子從鈣鈦礦到電子傳輸層的有效輸運(yùn)。近來(lái),，人們利用具有離子鈍化作用及快速電荷轉(zhuǎn)移能力的富勒烯材料改性TiO2致密層表面,，增強(qiáng)了電子的抽取，有效減少了“電滯”現(xiàn)象,。但富勒烯存在價(jià)格昂貴,、在空氣中不穩(wěn)定等缺點(diǎn)。因此,，開(kāi)發(fā)一類(lèi)低成本,、穩(wěn)定的具有強(qiáng)電子抽取能力的電荷傳輸層至關(guān)重要。
最近,，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所材料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員游經(jīng)碧與張興旺等利用比TiO2導(dǎo)帶能級(jí)深,、遷移率高的無(wú)機(jī)穩(wěn)定的金屬氧化物SnO2取代傳統(tǒng)的TiO2作為鈣鈦礦電池的電子傳輸層，降低了鈣鈦礦與電子傳輸層之間的勢(shì)壘,，加快電子從鈣鈦礦到電子傳輸層的轉(zhuǎn)移,，減少了界面電荷積累。他們研制出了基于SnO2電子傳輸層的平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池（圖1a),，實(shí)驗(yàn)證實(shí)了SnO2可顯著提高電子從鈣鈦礦吸收層到電子傳輸層的轉(zhuǎn)移速率（圖1b),，所制備的電池基本無(wú)“電滯”現(xiàn)象（圖1c)。此外,，借助鈣鈦礦層退火形成過(guò)程中稍過(guò)量加熱生成少量PbI2鈍化鈣鈦礦晶界的作用,，減少?gòu)?fù)合過(guò)程，獲得了光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)19.9±0.6%的平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池,，并得到了美國(guó)光伏論證機(jī)構(gòu)Newport的權(quán)威認(rèn)證,。這些結(jié)果展示了獲得高效無(wú)“電滯”平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池是完全可行的，為制備高效無(wú)電滯鈣鈦礦太陽(yáng)能電池提供了新的方向和思路,，有力推進(jìn)了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的進(jìn)一步發(fā)展,。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在最近出版的《自然-能源》期刊上（Q.Jiangetal.，NatureEnergy,，1,，16117(2016)）,。
博士生蔣琦是該文章的第一作者，游經(jīng)碧與張興旺是該論文的通訊作者,。該工作得到了中組部青年千人計(jì)劃,、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市科委以及國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)的經(jīng)費(fèi)支持,。
圖1：(a)高效平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池掃描電子顯微鏡截面圖,，(b)鈣鈦礦在不同界面上的穩(wěn)態(tài)熒光譜以及(c)利用SnO2納米顆粒作為電子傳輸層的鈣鈦礦電池在正向測(cè)量和反向測(cè)量條件下的電流-電壓曲線。