近日，中国科学院黄维院士带领南京工业大学秦天石、王芳芳研究团队设计合成了一种新型添加剂，可以诱导钙钛矿薄膜形成更加有序的结晶，进而获得光电转换效率达24.1%的钙钛矿太阳能电池。
钙钛矿型太阳能电池具有制备工艺简单、能量转化效率高等特点，已成为新型光伏领域最强有力的竞争者。但钙钛矿太阳能电池的商业化依然面临着湿、热、光等稳定性问题。
据悉，在钙钛矿中加入混合离子可以有效抑制光活性黑相转变成非钙钛矿黄相或者降解为碘化铅，但这些离子会影响相应器件的稳定性。研究表明，混合离子钙钛矿在连续光照下会发生相偏析，挥发性阳离子成分会引起钙钛矿薄膜中的针孔和残留碘化铅的形成，影响在高温或潮湿条件下的器件性能。
“通过多种原位表征技术，我们对钙钛矿薄膜在旋涂和退火过程中的中间相、成核和结晶过程进行监测和深入研究，发现造成混合离子钙钛矿困境的根本原因是由于中间相诱导的多种成核途径，导致其无法生长成均匀的高结晶性薄膜。”王芳芳介绍说。
针对上述问题，研究团队设计合成了一种多功能氟取代分子作为添加剂。该添加剂可以抑制多中间相的生成，促进定向结晶，诱导钙钛矿薄膜形成更加有序的结晶，进而获得高效、稳定的钙钛矿太阳能电池器件性能。
“我们使用新型添加剂材料制备的钙钛矿太阳能电池达到了24.10%的光电转化效率。”研究团队成员李慕白介绍说，加了添加剂的钙钛矿薄膜，不仅能抗击住空气中的少量水分，将其放到水中浸泡5分钟以上也不分解，提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性。
研究团队一直致力于新型光电材料的开发、钙钛矿基础科学的探索和高效钙钛矿太阳能电池的制备领域。此项研究成果再次在高效、稳定的钙钛矿太阳能电池领域实现突破，为高效利用新能源资源拓展了新途径。