近日，上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院“青年”獲得者趙一新特別研究員帶領(lǐng)其可再生能源研究團(tuán)隊(duì)在高性能太陽(yáng)能電池的制備與內(nèi)在機(jī)理研究方面持續(xù)取得突破性進(jìn)展，先后在化學(xué)權(quán)威期刊《JournaloftheAmericanChemicalSociety》（SCI影響因子IF11.444），《JournalofPhysicalChemistryLetters》（SCI影響因子IF6.7）和《JournalofMaterialsChemistryA》（SCI影響因子IF6.6）上持續(xù)發(fā)表4篇高效率鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相關(guān)研究論文，這些原創(chuàng)性研究成果一經(jīng)發(fā)表即受到業(yè)界的廣泛關(guān)注。

當(dāng)前市場(chǎng)上主流的太陽(yáng)能電池通常為光伏硅電池，該種電池使用的晶體硅，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，能耗較大。而最新異軍突起的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池則采用廉價(jià)的鉛、鹵素及胺鹽，這些原料在地球上儲(chǔ)量極其豐富，大大降低了太陽(yáng)能電池制作成本。同時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制作技術(shù)簡(jiǎn)單，只需將合成的鈣鈦礦液體涂刷在透明的導(dǎo)電基片上，通過(guò)控制鈣鈦礦制備的條件來(lái)控制吸收的太陽(yáng)光光譜，從而達(dá)到控制電池的光電效率和透光量之間的平衡。同時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池薄膜可以制備成色彩斑斕的太陽(yáng)能電池片，有望作為裝飾材料用于建筑行業(yè)，這樣既使建筑物新增了美感和藝術(shù)氣息，又實(shí)現(xiàn)了清潔能源的利用。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制作過(guò)程類(lèi)似膠片涂刷，操作簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模生產(chǎn)。因其成本低、效率高等顯著優(yōu)勢(shì)成為近兩年全球太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究的一個(gè)難點(diǎn)是如何獲得持續(xù)、致密的高質(zhì)量的鉛鹵鈣鈦礦薄膜層。上海交大可再生能源研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性的將CH3NH3Cl作為形貌控制劑，成功制備出光滑致密的鈣鈦礦層，解決了這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題。該添加劑可同時(shí)改變旋涂鈣鈦礦的晶體生長(zhǎng)并且調(diào)整所產(chǎn)鈣鈦礦膜的形貌，這種新方法解決了常規(guī)的一步法鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過(guò)程對(duì)溫度、濕度要求苛刻且耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)，同時(shí)解決了兩步法前驅(qū)體中碘化鉛殘留等物質(zhì)對(duì)電池效率的不良影響。通過(guò)光滑致密的鈣鈦礦層制備的高質(zhì)量的混合型鉛鹵鈣鈦礦CH3NH3PbI2Br的光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊J.Am.Chem.Soc.(DOI:10.1021/ja5071398)和J.Mater.Chem.A(DOI:10.1039/C4TA05384B)上。

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究中另外一個(gè)亟待探明的問(wèn)題是鈣鈦礦薄膜中碘化鉛殘留有關(guān)太陽(yáng)能電池性能的影響。已有一些研究成果表明，碘化鉛的存在有關(guān)電池的效率存在不良影響，而另外一些文獻(xiàn)報(bào)道則顯示碘化鉛對(duì)太陽(yáng)能電池的效率有促進(jìn)用途。為深入探究其內(nèi)在機(jī)制，上海交大可再生能源研究團(tuán)隊(duì)借助飛秒激光超快光譜對(duì)鈣鈦礦電池的電子注射進(jìn)行研究，證明在一定情況下少量碘化鉛的存在有利于電池效率的提升。這一研究成果為今后鉛鹵鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的雜質(zhì)調(diào)控供應(yīng)了指導(dǎo)性的建議，相關(guān)研究成果發(fā)表在權(quán)威期刊J.Am.Chem.Soc.(DOI:10.1021/ja504632z)上。

上海交大可再生能源研究團(tuán)隊(duì)自成立以來(lái)一直受到學(xué)校、學(xué)院的大力支持，迅速實(shí)現(xiàn)了一流平臺(tái)建設(shè)，獲得來(lái)自國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家青年千人資助計(jì)劃和學(xué)校985工程三期項(xiàng)目的資助，并與美國(guó)可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、凱斯西儲(chǔ)大學(xué)等國(guó)際機(jī)構(gòu)和大學(xué)積極開(kāi)展緊密的科研合作。除鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究之外，該團(tuán)隊(duì)也同時(shí)進(jìn)行環(huán)境功能光電材料上的研究。該團(tuán)隊(duì)希望能夠和交大的其他科研團(tuán)隊(duì)積極進(jìn)行鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的合作，共同為創(chuàng)建綠色能源的美好未來(lái)而努力。