鈣鈦礦太陽能電池是一種新興的光伏技術，經過短短十幾年的發展，其光電轉換效率已與硅電池相當，被認為是目前最具商業化前景的新一代太陽能電池技術。如何便利地大規模制備高質量的鈣鈦礦薄膜是在商業化過程中面臨的挑戰之一。
青島能源所是世界上最早從事甲脒基鈣鈦礦材料研究的單位之一。針對其大面積成膜問題，固態能源系統技術中心聯合青島科技大學研究人員揭示了在脂肪胺環境中甲胺和甲脒體系的鈣鈦礦潛在的化學副反應，基于此發現進一步提出氨氣用于甲脒基鈣鈦礦薄膜的后修復的研究成果，相關研究發表在Nature Communications《自然-通訊》上。
圖1. 甲脒基鈣鈦礦薄膜的修復機理
科研人員重點研究了碘化甲脒在胺類氣體環境中存在著加成消除反應（也稱為轉亞胺反應）、離子交換反應和水解反應等一系列副反應。研究發現，甲脒陽離子和脂肪胺之間的轉亞胺反應的主要產物為氨氣。因此，選擇氨氣作為的后修復氣體可以有效避免對材料成分的影響。并通過對溫度和壓力的進一步調控實現了甲脒基鈣鈦礦薄膜的高效修復，顯著提升了薄膜均勻性和一致性。經該修復技術制備的鈣鈦礦太陽能電池實現了最高23.21%的光電轉換效率，組件效率超過20%。此項研究構筑了氨類氣體后修復鈣鈦礦薄膜技術的化學基礎，且該工藝可以與目前商業化的涂布工藝兼容，易于規?；糯?，這將有望加速推動鈣鈦礦太陽能電池的產業化進程。
論文第一作者為青島能源所的博士研究生李志鵬，通訊作者為逄淑平研究員、崔光磊研究員、青島科技大學的王莉副教授。該工作得到了中科院青年創新促進會、山東省能源研究院等項目的支持與資助。
Zhipeng Li, Xiao Wang, Zaiwei Wang, Zhipeng Shao, Lianzheng Hao, Yi Rao, Chen Chen, Dachang Liu, Qiangqiang Zhao, Xiuhong Sun, Caiyun Gao, Bingqian Zhang, Xianzhao Wang, Li Wang*, Guanglei Cui*, Shuping Pang*. Ammonia for post-healing of formamidinium-based Perovskite films. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-022-32047-z.
