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編者按：
武漢大學(xué)物理學(xué)院方國(guó)家課題組在全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展，基于PM6的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦器件實(shí)現(xiàn)了17.05%的光電轉(zhuǎn)化效率，這是迄今為止基于無(wú)摻雜聚合物空穴傳輸材料的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最高效率。


近期，武漢大學(xué)物理學(xué)院方國(guó)家教授課題組與吳奕初教授和香港中文大學(xué)路新慧教授課題組合作，在全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSCs)研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。采用J71、PBDB-T、PM6等一系列無(wú)摻雜聚合物有機(jī)光伏給體材料作為空穴輸運(yùn)材料，采用合適的能級(jí)和載流子輸運(yùn)能力，構(gòu)建了全新的全無(wú)機(jī)PSCs體系結(jié)構(gòu)。

全無(wú)機(jī)鈣鈦礦CsPbX3 有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性， 具有連續(xù)可調(diào)的寬帶隙（1.73?2.3 eV），在半透明電池以及疊層太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用潛力，吸引了廣泛的關(guān)注。但是，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池在相穩(wěn)定性方面以及光電轉(zhuǎn)換效率方面仍面臨挑戰(zhàn)。其中一個(gè)重要的原因就是缺乏與之匹配的空穴傳輸材料。當(dāng)前主流的空穴傳輸材料（Spiro-OmetaD）需要額外的精確摻雜和氧化過(guò)程，以提升空穴遷移率。這些摻雜材料的吸濕性以及不可避免的氧化過(guò)程又會(huì)加速全無(wú)機(jī)鈣鈦礦吸光層的相變，帶來(lái)嚴(yán)重的穩(wěn)定性問(wèn)題，使器件性能下降。此外，寬帶隙的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦和Spiro-OmetaD之間存在較大的價(jià)帶帶階，會(huì)造成很大的能量損失。

為了解決這些問(wèn)題，本文采用J71、PBDB-T、PM6等一系列無(wú)摻雜聚合物有機(jī)光伏給體材料作為空穴輸運(yùn)材料，采用合適的能級(jí)和載流子輸運(yùn)能力，構(gòu)建了全新的全無(wú)機(jī)PSCs體系結(jié)構(gòu)。本工作在全無(wú)機(jī)鈣鈦礦體系中應(yīng)用系列新型無(wú)摻雜的有機(jī)聚合物光伏材料（J71，PBDB-T，PM6）作為空穴傳輸層，這些材料具有優(yōu)異的電荷傳輸性能和更合適的能級(jí)，能夠避免復(fù)雜的摻雜和空氣環(huán)境條件的氧化過(guò)程?；赑M6的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦器件實(shí)現(xiàn)了17.05%的光電轉(zhuǎn)化效率，這是迄今為止基于無(wú)摻雜聚合物空穴傳輸材料的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最高效率。進(jìn)一步通過(guò)使用導(dǎo)電原子力顯微鏡（C-AFM）、掠入射廣角X射線散射（GIWAXS）和開(kāi)爾文探針顯微鏡（KPFM）測(cè)試技術(shù)，對(duì)材料分子微觀結(jié)構(gòu)、電荷輸運(yùn)機(jī)制和電勢(shì)分布等相關(guān)機(jī)理進(jìn)行了深入的分析。

論文要點(diǎn)：1）實(shí)現(xiàn)了高達(dá)17.05%的PCE。這在基于無(wú)摻雜空穴傳輸層制備的全無(wú)機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中效率是最高的；2）首次在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中采用J71、PBDB-T、PM6等一系列無(wú)摻雜聚合物有機(jī)光伏給體材料作為空穴輸運(yùn)材料，避免了復(fù)雜的摻雜和氧化過(guò)程造成器件不穩(wěn)定。3）通過(guò)先進(jìn)的掠入射廣角x射線散射(GIWAXS)分析，系統(tǒng)地研究了材料的分子堆積取向和結(jié)晶性等微觀結(jié)構(gòu)，揭示了影響聚合物材料電荷輸運(yùn)的隱藏機(jī)制。

近日，該工作以“Constructing Highly Efficient All-Inorganic Perovskite Solar Cells with Efficiency Exceeding 17% by Using Dopant-Free Polymeric Electron-Donor Materials”為題被國(guó)際著名刊物《納米能源》（Nano Energy）在線發(fā)表。論文第一署名單位是武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，博士生馬俊杰為第一作者，方國(guó)家教授、路新慧教授和吳奕初教授為共同通訊作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、湖北省科技計(jì)劃資金的資助。


原標(biāo)題： 武漢大學(xué)方國(guó)家課題組在全無(wú)機(jī)鈣鈦礦光伏電池研究取得重要進(jìn)展