Science：銣離子摻雜提高鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能
(轉載自“材料人” )
鈣鈦礦太陽能電池的認證效率目前已經達到了22.1%。鈣鈦礦的化學式為ABX3，高效率的鈣鈦礦材料都是MA/FA（A）、Pb（B）和鹵族元素(X)的化合物。通過摻雜以構造更復雜的陽離子化合物是提高鈣鈦礦性能的重要手段，而摻入其他陽離子最主要的目的就是提高鈣鈦礦的穩定性。但是，大多數的一價陽離子都不滿足鈣鈦礦容差因子t的公式：t=rA+rI /(rPb+rI)，容差因子的值需在0.8到1.0之間，但是大多數元素的陽離子的值都小于0.8。如Rb元素，雖然可以提高鈣鈦礦的氧化穩定性，但是其容差因子小于0.8，故一直沒有被用于鈣鈦礦。
最近，瑞士洛桑聯邦理工學院Michael Grätzel1課題組將Rb離子嵌入鈣鈦礦中形成多陽離子鈣鈦礦材料RbCsMAFA（Rb含量為5%），電池效率高達21.6%，開路電壓為1.24V，帶隙1.63電子伏特，兩者之差為0.39V，與商業硅電池僅相差0.01V。Rb離子的摻入使鈣鈦礦穩定地保持了具有光活性的黑色相，在85℃下長達500小時的太陽光照射后仍然保持有最初性能的95%。
圖1. 容差因子和不同溫度下的鈣鈦礦形貌。(A)各元素的容差因子，大于0.8（虛線以上）具有光活性的黑色相，Rb非常接近0.8；(B)CsPbI3和RbPbI3加熱到不同溫度時的表面形貌，460℃兩者開始融化，RbPbI3始終沒有出現黑色相。
圖3. 電池效率、開路電壓、光亮度和高溫穩定性。(A)21.8%最高電池效率時測得的J-V曲線圖；
(B)1.24V最高開路電壓時測得的J-V曲線圖；(C)外量子效率和電致發光強度關于電壓的函數。左邊的插圖是電致發光的光譜圖，右邊的插圖是具有兩個活性位點的太陽能電池；(D) 電池的熱穩定性測試。在85℃下長達500小時的光照射過程中的電池效率的跟蹤測量。
研究者通過將Rb+離子引入鈣鈦礦材料中，探討了不同的摻雜陽離子組合，成功地利用Rb+離子提高了鈣鈦礦的氧化穩定性，為鈣鈦礦的摻雜工藝提供了更多的可能。
原文鏈接：Incorporation of rubidium cations into perovskite solar cells improves photovoltaic performance, （Science, 2016, DOI: 10.1126/science.aah5557）