自从2009年无机-有机杂化钙钛矿材料首次应用于太阳能电池中以来，短短几年的时间内，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从最初的3%增长到了目前的22%。然而，虽然目前钙钛矿太阳能电池的效率已经很高，其器件稳定性却很差，这主要是由于杂化钙钛矿材料在高温或者潮湿的环境中极易分解。

此外，钙钛矿太阳能电池的有机空穴传输层中的一些添加剂，例如锂（三氟甲磺酰基）亚胺和叔丁基吡啶，由于易吸湿而加速了器件性能的下降。到目前为止，文献中报道的钙钛矿太阳能电池绝大多数都必须在氮气保护的手套箱中制作和封装，这大大增加了其实际生产应用的难度和成本。另一方面，目前应用于无机-有机杂化钙钛矿太阳能电池的有机空穴传输材料（例如：spiro-MeOTAD或PTAA）和贵金属对电极材料（例如：金）都是非常昂贵的，因此，寻找廉价的空穴传输层材料和对电极材料也是目前面临的一大问题。

为了寻找解决方案，南京大学化学化工学院金钟教授和刘杰教授共同带领的“微纳米能源材料课题组首次提出了制作完全由无机材料构成的钙钛矿太阳能电池，即摒弃传统无机-有机杂化钙钛矿太阳能电池中所有不稳定的有机成分（图1）。相关研究成果发表在Journal of the American Chemical Society期刊上。

(图1. （a）全无机钙钛矿太阳能电池的器件结构图；（b）全无机钙钛矿太阳能电池的能带示意图；（c）无机钙钛矿材料CsPbBr3的原子结构；（d）全无机钙钛矿太阳能电池（未覆盖碳电极之前）的XRD图谱；（e）CsPbBr3的UV-Vis图谱；（f）CsPbBr3的(Ahv)2-hv曲线。)

由于全无机钙钛矿太阳能电池中的所有组分都具有高稳定性，因此整个制作过程都可以在空气中完成，无需任何密封环境或气氛保护。这种全无机太阳能电池在未封装的情况下，直接暴露在相对湿度为90-95%的环境中工作3个多月而性能没有任何衰减（图2）。

(图2.（a）全无机钙钛矿太阳能电池的J-V曲线；（b）40个全无机钙钛矿太阳能电池的光电转化效率分布；（c）全无机钙钛矿太阳能电池和传统有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在相对湿度为90-95%的环境中的稳定性对比；（d）在高温环境(100 °C)中的稳定性对比；（e）全无机钙钛矿太阳能电池在从-22 °C到100 °C的极端温度循环中的性能稳定性测试。)

其次，将全无机钙钛矿太阳能电池在高湿度环境中放置在高温(100 °C)或者低温(-22 °C)下进行性能测试时，同样显示该太阳能电池即使不封装也可以长时间正常工作而没有出现效率衰减。

最后，该电池用廉价易得的碳电极取代了昂贵的有机空穴传输层和贵金属对电极，使其制备成本大大降低。该研究在钙钛矿太阳能电池的稳定性方面迈出了关键的一步，为发展下一代能够在严苛环境下工作的高性能钙钛矿太阳能电池提供了新思路。

该研究工作得到了国家青年千人计划、973计划、重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的资助。

文章链接：

Jia Liang, et al, "All-Inorganic Perovskite Solar Cells," J. Am. Chem. Soc., Article ASAP, DOI: 10.1021/jacs.6b10227

金钟教授简介：

南京大学化学化工学院青年千人教授，博导，Email：zhongjin@nju.edu.cn

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研究方向：（1）先进能源转换与存储器件，包括：太阳能电池、新型二次电池、超级电容、光电催化系统等；（2）新型二维材料的结构调控与光电器件；（3）低维纳米材料及三维复杂纳米结构的有序组装与器件应用。

刘杰教授简介：

美国杜克大学化学系George B. Geller终身冠名讲席教授，南京大学“千人计划”特聘教授

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研究方向：基于复杂纳米结构材料的能源存储器件；单壁碳纳米管的可控生长和化学修饰；金属氧化物纳米线的合成；基于碳纳米管和纳米线的化学和生物纳米传感器的设计和制作；基于扫描探针显微镜的功能化纳米结构的制备和表征；纳米材料的光发射等。

（本文信息来源：南京大学新闻网；由e科网整理编辑）

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