近日，上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院趙一新教授研究團(tuán)隊(duì)在Cell姊妹刊Joule發(fā)表了題為“Efficient α-CsPbI3 Photovoltaics with surface Terminated Organic Cations”的研究論文。在該工作中，趙一新團(tuán)隊(duì)報(bào)道了構(gòu)筑表面單分子層有機(jī)陽(yáng)離子提高全無(wú)機(jī)CsPbI3的相穩(wěn)定性的策略，解決了這一長(zhǎng)期困擾全無(wú)機(jī)鈣鈦礦研究領(lǐng)域的關(guān)鍵難題。趙一新研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于鈣鈦礦生長(zhǎng)機(jī)制和高效率器件的研究，取得了一系列特色研究成果，在此之前先后在Nature Communications，Science Advances，JACS等高水平期刊上發(fā)表多篇研究論文，其中10余篇工作入選ESI高被引。

有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料憑借其低廉的制造成本，優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換效率成為近來(lái)光電轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的新星其器件認(rèn)證效率已經(jīng)達(dá)到了22.7%，展現(xiàn)出了巨大的商業(yè)化前景。在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池商業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中，鈣鈦礦材料的本征穩(wěn)定性成為其能否商業(yè)化關(guān)鍵因素：有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦中的有機(jī)組分在熱力學(xué)上不穩(wěn)定，光照和加熱條件都會(huì)誘導(dǎo)有機(jī)組分緩慢揮發(fā)從而導(dǎo)致鈣鈦礦吸光層降解失效。相比之下，全無(wú)機(jī)鈣鈦礦能夠避免有機(jī)組分的揮發(fā)進(jìn)而有望從根本上解決組分穩(wěn)定性問(wèn)題。在全無(wú)機(jī)家族中，CsPbI3全無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料有著與晶硅相匹配的帶隙使其成為疊層電池的理想選擇。但是，α-CsPbI3由于自身結(jié)構(gòu)限制使其在常溫下存在相穩(wěn)定性較差的固有問(wèn)題（內(nèi)“病”），極大限制了其應(yīng)用。

為解決上述難題，趙一新教授團(tuán)隊(duì)率先通過(guò)在鈣鈦礦體相中引入雙胺陽(yáng)離子2D組分構(gòu)筑2D-3D混合鈣鈦礦策略成功提高了其穩(wěn)定性與器件效率（Science Advances 2017, 3 (9), e1700841.）。在上述研究基礎(chǔ)上，針對(duì)體相中的2D組分會(huì)影響載流子傳輸這一問(wèn)題，趙一新研究團(tuán)隊(duì)基于內(nèi)“病”外“治”的思路，通過(guò)引入有機(jī)陽(yáng)離子對(duì)CsPbI3全無(wú)機(jī)鈣鈦礦進(jìn)行表面處理，實(shí)現(xiàn)了在CsPbI3鈣鈦礦表面構(gòu)筑單分子層的有機(jī)陽(yáng)離子。該表面單分子層在提高CsPbI3全無(wú)機(jī)鈣鈦礦的熱、濕穩(wěn)定性的同時(shí)，也有效鈍化了鈣鈦礦的表面缺陷，顯著提升了器件效率。最終基于上述策略組裝的太陽(yáng)能電池達(dá)到13.5%的穩(wěn)定輸出效率。除了獲得更高的器件效率和穩(wěn)定性外，該研究揭示了在表面處理化學(xué)過(guò)程中，有機(jī)陽(yáng)離子并不能與Cs離子發(fā)生離子交換形成2D/3D的混合鈣鈦礦，這與傳統(tǒng)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦中快速的離子交換截然不同。進(jìn)一步論證了全無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料優(yōu)異的組分化學(xué)穩(wěn)定性，提升了其應(yīng)用前景。

本工作的第一作者為環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的博士后王勇，趙一新教授為唯一通訊作者。該工作得到國(guó)家自然基金（No. 21777096），霍英東基金（No. 151046），上海曙光人才計(jì)劃（No. 17SG11）和中國(guó)博士后科學(xué)基金（No. 2017M621466）的支持。

論文鏈接：Wang, Y.; Zhang, T; Kan M.; Li, Y.; Wang, T. Zhao, Y.，Joule, 2018, doi.org/10.1016/j.joule.2018.06.013. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118302782.