北大周歡平教授團隊：新碘技術讓鈣鈦礦太陽能電池效率達24%

北京大學周歡平教授率領的團隊，在《科學》期刊的鈣鈦礦太陽能電池領域發表了兩篇論文。其中，《用於穩定高效鈣鈦礦太陽能電池的晶圓級單層二硫化鉬薄膜整合》於2025年1月9日刊出，《透過碘插層製備非合金α相三碘化甲脒鉛太陽能電池》則在2025年1月16日發表。

三碘化甲脒鉛（FAPbI₃）因其光伏特性、低成本和熱穩定性，一直是高效單結鈣鈦礦太陽能電池頗具競爭力的理想吸光材料。然而，它在室溫下容易出現複雜的結晶動力學和熱力學亞穩定性問題，這對其在實際應用中的結晶品質和穩定性構成了巨大挑戰。

像新增鹽酸甲胺和Cs⁺等合金化策略，雖能有效控制甲脒基鈣鈦礦薄膜的結晶過程和光電特性，但可能會留下殘餘的組分新增劑，這些新增劑常常導致陰陽離子分離、熱分解和潛在的親核反應。這些障礙讓高品質、非合金α - FAPbI₃鈣鈦礦薄膜及相關器件的製備變得複雜。

周教授及其專案團隊提出了一種創新的碘插層 - 脫嵌策略，用於製備高品質、非合金α - FAPbI₃鈣鈦礦薄膜，從而提升了鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性。同源碘（I₂）與I⁻之間的強鍵形成了多碘化物離子，這將原本的FAI + PbI₂→FAPbI₃反應路徑改變為FAI₃ + PbI₂→FAPbI₃ + I₂，有利於克服α - FAPbI₃形成過程中的障礙。

此外，由於I₂具有揮發性，在退火過程中會從晶格中去除，確保了高品質、非合金α - FAPbI₃薄膜上沒有任何外在殘留物。透過碘插層 - 脫嵌反應製備的非合金α - FAPbI₃薄膜，在晶體品質和均勻性方面有了顯著提升。而且，薄膜增強的熱穩定性抑制了離子遷移。

基於非合金α - FAPbI₃薄膜的太陽能電池，電力轉換效率超過了24%，並且在85°C光照下執行1100多小時後，仍保留了原效率的99%。這項研究成果凸顯了周教授及其團隊在光伏技術方面的創新，成功解決了鈣鈦礦太陽能電池在實現穩定性和高效率方面的難題。