青島能源所青島儲能院逄淑平研究員課題組在鈣鈦礦大規模制備工藝開發方面取得了突破性進展。

    有機-無機鈣鈦礦太陽能電池的光-電轉換效率達到22.1%，已超過非晶硅太陽能電池，電池的穩定性不斷改善，但鈣鈦礦太陽能電池從單電池走向組件的核心瓶頸問題是如何制備高質量大面積的鈣鈦礦薄膜。

    逄淑平研究員課題組以解決鈣鈦礦太陽能電池應用所面臨的關鍵問題為導向，基于甲胺與鈣鈦礦材料可逆的作用機制，開發了鈣鈦礦薄膜的甲胺氣體修復技術，通過控制甲胺氣體分壓可以使鈣鈦礦材料自發的吸入和脫出甲胺氣體，鈣鈦礦薄膜經過此“呼吸”過程可以快速修復薄膜中的缺陷結構，實現了大面積均勻鈣鈦礦薄膜的制備。相關成果發表于Angew. Chem.（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54: 9705），《Science》雜志在Editor’s choice版塊對此工作進行了亮點報道（Science 2015, 349: 600）。

    在此工作的基礎上，課題組對鈣鈦礦材料的合成路線進行了進一步優化，通過HPbI3/MA反應體系代替傳統的PbI2/MAI反應體系，首次實現了室溫氣-固反應制備鈣鈦礦材料。以HPbI3為前驅體材料，使鈣鈦礦薄膜的合成和修復同步進行，簡化了制備工藝；由于新反應體系的反應過程不改變PbI6八面體的結構單元，類似于晶體結構的拓撲變化，不存在傳質過程，微觀上保證了成分的均勻性，理論上降低了晶體內部的缺陷結構。相關成果發表于J. Am. Chem. Soc.（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138：750），并已申請發明專利。

    這種新型氣-固反應和修復一體化大面積制備鈣鈦礦薄膜工藝路線具有廣闊的市場應用前景，課題組與美國布朗大學和可再生能源實驗室合作開展更為深入的基礎研究，同時與廈門惟華光能公司的合作，應用此技術開展制備大面積鈣鈦礦太陽能電池組件。

    本研究得到中國科學院青年促進會(2015167)、政府間科技合作項目(2015DFG62670)、以及青島儲能技術研究院的資助。