2019 年中国光伏技术发展报告——新型太阳电池的研究进展(1)

中国可再生能源学会光伏专业委员会

(中国可再生能源学会，北京 100190)

1 新型太阳电池的发展概况

本章主要介绍了2018 年国内外专家、学者针对各种新型太阳电池取得的最新研究成果，重点介绍了钙钛矿、有机、染料敏化、量子点太阳电池。2018 年，新型太阳电池方向的研究进展突出，多种新型太阳电池的效率纪录被国内课题组刷新，其中，国际上钙钛矿太阳电池的最高认证效率由中国科学院半导体研究所(下文简称“中科院半导体所”)的游经碧研究组突破至23.3%。杭州纤纳光电科技有限公司(下文简称“纳纤光电”)实现了19.277 cm2的大面积钙钛矿光伏组件17.9%的认证转换效率，稳态输出效率达到17.3%。赵一新研究组将全无机钙钛矿太阳电池的转换效率突破至17%。刘生忠研究组将柔性钙钛矿太阳电池的转换效率提高至18.40%。李永舫课题组实现了无机钙钛矿/有机叠层太阳电池14.03%的转换效率。陈永胜、丁黎明和叶轩立合作，实现了有机叠层太阳电池17.3%的世界最高转换效率。唐江课题组实现了硒化锑薄膜太阳电池7.6%的世界最高转换效率。陈涛课题组实现了平面型Sb2S3太阳电池6.35%的转换效率。朱为宏课题组实现了固态染料敏化太阳电池11.7%的转换效率。除了太阳电池的转换效率有所突破之外，各类新型太阳电池在材料、器件、稳定性、机理解释等方面均取得了重要进展。

钙钛矿太阳电池(PSC)经过短短几年时间的发展，其转换效率就从最初的3.8%飞速发展至23.3%。该类电池的制备工艺简单、原材料廉价，被认为是一种引领低成本、低嵌入式的光伏技术。目前钙钛矿太阳电池的研究方向主要集中在提高效率、增强稳定性、大面积制备、柔性器件和研发新材料等方面。

有机太阳电池(OSC)具有质轻、成本低、制备过程简单、半透明、可大面积低成本印刷、环境友好、可制备成柔性器件等优点。有机太阳电池中的活性层材料由电子给体和电子受体组成。不过该类电池目前面临有机共轭分子光吸收有限、二元活性层吸光范围较窄、不能充分覆盖太阳辐射光谱，以及富勒烯衍生物受体材料存在诸多缺点的情况，因此，发展高性能的受体材料是该类电池技术面临的挑战性难题。但随着新材料的不断出现，有机太阳电池的转换效率近几年有了新的提升。

染料敏化太阳电池(DSC)具有低价、高效、弱光下转换效率高、颜色可调控等优势，是新型太阳电池家族的重要成员，目前其最高转换效率为14%。该类太阳电池的研究方向主要集中在进一步通过材料设计以提高染料吸收效率、设计新型固态电解质以提高器件稳定性等方面，主要发展瓶颈在于此类电池转换效率的进一步提升。

量子点太阳电池(QDSC)中量子点尺寸介于宏观固体与微观原子、分子之间。与其他吸光材料相比，量子点具有独特尺寸效应，通过改变半导体量子点的大小，就可以使太阳电池吸收特定波长的光线。目前基于胶体量子点的太阳电池的效率已超过13%，相对钙钛矿太阳电池等其他太阳电池而言，胶体量子点太阳电池的开路电压较小，其电压值一般与禁带宽度的值相差0.5 eV 以上，这是目前制约量子点太阳电池效率的一个重要因素。

表1 是几类具有代表性的新型太阳电池与传统硅基太阳电池的综合性能对比。通过对比可以发现，目前限制硅基太阳电池发展的主要因素是过高的制备成本；而新型的钙钛矿、有机、染料敏化及量子点太阳电池的成本较低，非常具有研究价值和应用潜力。目前新型太阳电池的效率仍相对较低，稳定性较差，因此，进一步提高电池效率及稳定性是下一步需要解决的核心问题。

表1 各类太阳电池的综合性能对比Table 1 Comprehensive performance comparison of different kinds of solar cell

2 钙钛矿太阳电池的研究进展

钙钛矿材料是一类有着与钛酸钙(CaTiO3)相同晶体结构的材料，其是由ROSE G 在1839 年发现，后来由俄罗斯矿物学家PEROVSKI L A 命名。钙钛矿材料结构式一般为ABX3，其中A 和B 是2 种阳离子，X 是阴离子。这种奇特的晶体结构使它具备了很多独特的理化性质，比如吸光性、电催化性等，在化学、物理领域均具有广泛应用。2009 年，日本的MIYASAKA T 教授等首次选用有机-无机杂化的钙钛矿材料取代传统染料敏化太阳电池中的染料作为新型光敏化剂，制备出首个真正意义上的钙钛矿太阳电池，从此拉开了钙钛矿太阳电池研究的序幕。

2.1 高效、大面积和柔性钙钛矿太阳电池

2018 年，国内研究组在钙钛矿太阳电池研究方向上处于领跑位置，国际上钙钛矿太阳电池的最高认证效率已达23.3%，该纪录来自中科院半导体所的游经碧课题组[1]。

在光伏组件方面，纤纳光电作为最早开始研发大面积钙钛矿光伏组件的商业实体之一，2018年其继续在世界范围内保持着单体大面积钙钛矿太阳电池技术的领先优势。纤纳光电的小面积钙钛矿光伏组件(面积为17.8 cm2)再次突破了之前由其保持的组件效率世界纪录，将稳态输出效率纪录提升至17.3%；同时，在传统的J-V曲线测试条件下，其转换效率达到了17.9%，如图1 所示。2018 年6 月，上述结果再次被Solar Cell Efficiency Tables (version 52)收录[2]，并得到国内外研究者的关注[3-4]。此前小面积钙钛矿光伏组件转换效率的世界纪录分别是15.2%、16.0%和17.4%，也是由纤纳光电分别在2017 年2 月、5 月和12 月所创造，这证明了我国科学家在钙钛矿太阳电池领域的领先优势。

图 1 纤纳光电的小面积钙钛矿光伏组件认证效率Fig. 1 Certification efficiency of perovskite mini PV module in Microquanta

中国科学院上海硅酸盐研究所的杨松旺课题组通过钙钛矿太阳电池关键材料研究、关键工艺开发和器件结构的创新，研究了高性能纳米氧化物浆料和碳浆料的制备新工艺，提出了基于刮涂工艺制备钙钛矿薄膜的全印刷工艺电池模块制备新方法，使电池成本大幅度降低。有效面积为49 cm2的钙钛矿模块的转换效率超过15%；以此模块为基本单元，初步实现了钙钛矿太阳电池的组件化应用。此外，基于碳电极的全无机钙钛矿太阳电池的转换效率达到13.0%，基于贵金属电极的全无机钙钛矿太阳电池的转换效率稳定在15%以上，基于碳电极的有机无机杂化钙钛矿太阳电池的转换效率达到16.7%。

上海交通大学的韩礼元和杨旭东等报道了一种无溶剂、非真空的新型沉积方法，可用于制备大面积高品质卤化铅钙钛矿薄膜。这种方法依靠胺络合物前驱体转化成钙钛矿薄膜，然后采用压力处理；使用该方法沉积的钙钛矿薄膜没有针孔，均匀性好。该方法制备的基于TiO2的钙钛矿太阳电池(有效面积为36.1 cm2)，认证转换效率为12.1%。这种新型的沉积方法可在空气中的较低温度下进行，为大面积钙钛矿太阳电池的制造提供了便利[5]。

中国科学院化学研究所的胡劲松课题组开发出一种气刀刮涂钙钛矿前体，在无任何反溶剂的情况下，在钙钛矿中间体薄膜中诱导成核，从而得到高度均匀的薄膜。对于0.09 cm2活性面积，得到的全电池效率高达20%；1.0 cm2大面积电池的最佳效率超过19%，具有高重现性，如图2所示。这种气刀刮涂为钙钛矿太阳电池的大规模生产提供了一种有效途径[6]。

图 2 气刀刮涂大面积钙钛矿太阳电池Fig. 2 Large area PSC with air knife scraping

高性能柔性钙钛矿太阳电池的关键部分是低温界面层和高质量钙钛矿吸光层。2015 年，陕西师范大学的刘生忠课题组利用室温磁控溅射法沉积氧化钛界面层，制备出的柔性钙钛矿太阳电池的效率达到15.07%[7]。2016 年，该课题组将离子液体作为界面层应用到柔性钙钛矿太阳电池中，将效率进一步提升到16.09%[8]。刘生忠和杨栋等以二甲硫醚作为添加剂，通过控制钙钛矿吸光层的结晶过程，得到了晶粒尺寸较大、结晶性较好及缺陷态密度较低的钙钛矿薄膜，将柔性钙钛矿太阳电池的效率提高到18.40%，同时将大面积(1.2 cm2)柔性钙钛矿太阳电池的效率提升到13.35%，如图3 所示。另外，利用添加剂制备的钙钛矿吸光层的稳定性得到显著增加，在35%的湿度下放置60 天后，电池的效率仍能保持原有效率的86%；而在相同条件下，无添加剂制备的钙钛矿太阳电池的效率仅可保持原有效率的50%[9]。他们还进一步探究了钙钛矿前驱液在大面积印刷制备中的结晶动力学过程，提出了规避中间相印刷制备高质量钙钛矿薄膜的新方法，基于印刷的钙钛矿太阳电池的效率可达到18.7%[10]。

图 3 柔性钙钛矿太阳电池的结构及性能Fig. 3 Structure and performance of flexible PSC

武汉理工大学的程一兵课题组研制了5 cm×5 cm 塑料基板柔性钙钛矿光伏组件，并通过国家光伏质量监督检验中心认证，获得了组件转换效率为11.4%的结果。同时该课题组在10 cm×10 cm 玻璃基板钙钛矿光伏组件的制备技术方面也取得了突破，其相关组件的认证转换效率为13.98%，该效率在国际上经过验证的同类产品中位居首位。程一兵课题组的黄福志、钟杰等发展了基于狭缝挤出印刷的SnO2薄膜的高效无迟滞大面积柔性钙钛矿光伏组件，采用钾离子界面钝化方法可以普遍抑制氧化锡层引起的固有滞后现象。他们采用了多种方法合成制备SnO2薄膜，并采用不同含钾化合物钝化，结果表明，钾离子可以促进钙钛矿颗粒的生长，钝化界面，从而提高电池的效率和稳定性。更重要的是，钾离子的存在可以有效消除各类氧化锡基钙钛矿太阳电池的迟滞问题，成为一种具有普适性的钝化策略。通过该方法制备的小尺寸刚性电池的效率高达20.5%，柔性钙钛矿太阳电池的效率高达17.2%，大尺寸(6 cm×5 cm)柔性钙钛矿光伏组件的效率超过了15%[11]。

2.2 全无机及无铅钙钛矿太阳电池

由于传统钙钛矿A 位为有机阳离子，存在有机离子易挥发、易分解等问题，会严重影响器件的稳定性，制约其进一步发展。无机钙钛矿因其优异的热稳定性成为近两年研究者们关注的热点，其中CsPbI3具有1.73 eV 的带隙，非常适合与窄带隙钙钛矿或硅制备高效串联太阳电池。研究表明，在潮湿环境下，CsPbI3的α相(黑相)会转变为非光敏δ相(黄相)，使器件性能严重恶化。利用生长出稳定的黑相CsPbI3制备高效太阳电池的工作已有大量报道，如以Br 部分取代I 制备CsPbI2Br 或CsPbIBr2钙钛矿、B 位元素掺杂的方式等，使得无机钙钛矿太阳电池的转换效率已经超过13%。

中科院半导体所的游经碧课题组使用溶剂控制生长(SCG)的方法制备出了高质量的黑相CsPbI3薄膜，如图4 所示。采用该技术得到的器件光电转换效率达15.7%，后经美国Newport 权威机构认证的效率为14.67%。此外，器件持续光照500 h 后，效率无衰减[12]。

图4 使用溶剂控制生长方法制备的CsPbI3 薄膜Fig. 4 CsPbI3 thin films prepared by solvent controlled growth method

上海交通大学的赵一新课题组采用PTABr小分子修饰CsPbI3钙钛矿薄膜表面，其中梯度Br 掺杂诱导钙钛矿晶粒长大并提高相稳定性，同时疏水有机PTA 阳离子显著提高湿度稳定性，进而制备得到了高质量稳定的黑相CsPbI3薄膜，如图5 所示。最终得到的电池的转换效率高达17.06%，稳态输出效率为16.3%，为目前已知的无机钙钛矿太阳电池的最高效率[13]。

华北电力大学的戴松元课题组通过引入三阳离子的二乙烯三胺三碘(DETAI3)，使CsPbI3变得稳定。通过多种手段来确定CsPbI3相稳定性显著提升的原因，可归纳为3 个方面：1)CsPbI3晶粒的减小；2)NH3+或RNH2+与CsPbI3晶格中的I 形成的离子键，可避免自发的八面体扭曲，钝化了CsPbI3；3)油性的碳链在CsPbI3表面堆积造成的疏水性，如图6 所示。基于CsPbI3及DETAI3的钙钛矿太阳电池在经过1008 h 之后仍能够保持原始效率的92%[14]。

图5 小分子处理方法制备的CsPbI3 薄膜Fig. 5 CsPbI3 thin film prepared by small molecule treatment

北京大学的黄春辉课题组开发了一种室温溶剂退火方法，用于获得高质量的立方相CsPbI2Br薄 膜[15]。首 先，以DMSO 作 为CsPbI2Br 的前驱体溶剂，通过一步旋涂法可以得到立方相CsPbI2Br。在此过程中，DMSO 可能通过与PbX2(X=I, Br)配位而增大PbX2晶面间距，这有利于铯盐的嵌入和CsPbI2Br 立方结构的形成；然后在室温下利用DMSO 气氛处理旋涂法得到CsPbI2Br 薄膜，可以温和地去除残余的DMSO溶剂，从而得到分布均匀且无针孔的CsPbI2Br薄膜。通过优化DMSO 气氛处理的时长和随后的热退火温度，基于CsPbI2Br 的反式钙钛矿太阳电池的最高转换效率可达到10.4%。而通过相同方法在柔性基底上制备的基于CsPbI2Br 薄膜的器件，转换效率为7.3%。此外，未封装的基于CsPbI2Br 薄膜的器件在充满氮气的手套箱中85 ℃下连续加热超过90 h 后，其效率仍维持在初始效率的70%左右，表现出较好的热稳定性。这种简易的低温工艺有利于制备稳定的柔性钙钛矿太阳电池[15]。

吉林大学的杨柏课题组开发了一种聚合物钝化CsPbI2Br纳米晶表面缺陷的新方法，通过优化，获得的太阳电池的最高开路电压为1.32 V，能量损失仅为0.5 eV，是目前所有无机钙钛矿太阳电池的最低能量损失。该方法最终获得的电池PCE达到12.02%，并获得高达1.30 V 的开路电压。钝化后的电池的稳定性明显提升，经过近1000 h的老化实验后，依然维持着初始效率的90%[16]。

陕西师范大学的刘生忠课题组通过引入路易斯碱络合物PbI2(DMSO)和PbBr2(DMSO)，延缓了CsPbI2Br 薄膜的结晶过程，从而在低温条件下制备出高质量的CsPbI2Br 薄膜和高效率的CsPbI2Br 刚性和柔性钙钛矿太阳电池。在低温下(130 ℃)制备了高效CsPbI2Br 柔性钙钛矿太阳电池，效率达到11.73%，为目前报道的无机柔性钙钛矿太阳电池的最高效率，稳态输出效率也可稳定在11.70%[17-18]。此外，他们通过引入HPbI3+x中间体，获得了结构扭曲的(β-CsPbI3,γ-CsPbI3)钙钛矿材料，该结构的禁带宽度低、稳定性好。随后通过对苯乙胺碘(PEAI)掺杂及制备过程的优化，最终获得了效率为15.07%的CsPbI3钙钛矿太阳电池，经过300 h 的持续光照，并在干燥空气中保存60 天后，其效率无明显降低[19]。

目前，高效钙钛矿太阳电池的吸光材料均为具有毒性的铅基，但从文献报道的效率发展趋势来看，锡基最有希望取代铅基。然而，锡基钙钛矿中的Sn2+易氧化，在合成或保存过程中均易生成Sn4+，这会导致锡基钙钛矿表现出重度p 型掺杂的性质，不利于器件性能的提升。黄春辉课题组以99%纯度的SnI2为原料，在FASnI3(FA 为

NH2CH=NH2+)前驱溶液中加入Sn 粉末，用以还原原料中及制备过程中产生的Sn4+[20]。随着还原过程中Sn4+含量的减少，FASnI3薄膜中缺陷态浓度降低，非辐射复合过程得到有效抑制，同时表现出更强的光致发光和更长的载流子寿命。最终，通过Sn 粉末还原所制备的反式钙钛矿太阳电池的转换效率高达6.75%，甚至高于以昂贵的高纯SnI2(99.999%)为原料所制备的电池。这种方法简单易操作，可以有效提高电池的光伏性能和制备的重复性，同时降低了合成锡基钙钛矿的原料成本[21]。

图6 二乙烯三胺三碘引入CsPbI3 的示意图Fig. 6 Diagram of introduction of DETAI3 into CsPbI3

2.3 杂化钙钛矿太阳电池(钙钛矿A 位、B 位掺杂、准二维及其他材料掺杂)

在杂化钙钛矿太阳电池研究方面，北京大学的赵清课题组以传统两步法为基础，设计了钙钛矿籽晶诱导生长的两步旋涂法，通过在碘化铅薄膜中引入含铯的钙钛矿籽晶，使籽晶提供后续钙钛矿薄膜生长的成核位点，引导高质量薄膜生长，解决两步法中无机阳离子的有效掺杂问题。通过籽晶诱导可实现对成核和晶粒大小的精确调控，有效掺入无机Cs 离子，将(Cs0.02FA0.98PbI3)0.97(MAPbBr3)0.03钙钛矿太阳电池的能量转换效率提升至21.7%，同时，电池在AM 1.5G 太阳光下持续工作140 h后，仍能保持超过60%的初始效率，远优于传统两步法数小时的持续输出稳定性[22]。

赵清课题组随后设计了氯化铯增强的碘化铅前驱液两步法，在进一步提高钙钛矿薄膜中无机Cs 离子含量的同时，减缓了钙钛矿薄膜的成核、生长过程，获得了具有更大晶粒、更低缺陷态密度的钙钛矿多晶薄膜。基于该方法制备得到的平面正式钙钛矿薄膜太阳电池具有更高的能量转换效率22.1%；其长时间工作稳定性也得到了显著提高，在AM 1.5G 太阳光下工作70 h 后，依然能够保持初始效率的90%。两步法制备平面正式钙钛矿薄膜太阳电池为无机Cs 离子的均匀高效掺入、器件效率和持续输出稳定性的提高等问题提供了新的研究思路[23]。

图7 4 种准二维钙钛矿太阳电池和常规钙钛矿太阳电池的对比Fig. 7 Comparison of four kinds of quasi two dimensional PSC and conventional PSC

戴松元和中国科学院合肥物质科学研究院潘旭课题组研究了混合阳离子的引入对薄膜结晶的影响，发现将CH3NH3+(MA)和Cs+阳离子引入到(FAPbI3)0.9(FAPbBr3)0.1中，对此类钙钛矿薄膜的结晶性有很大的提高，可抑制橙红相的产生、有效促进α相钙钛矿的形成，制备得到高质量吸光层薄膜。不同混合阳离子的引入使器件效率有了明显提升，其中阳离子Cs 占比为10%的薄膜展现出较高的效率，可达19.94%，而且展现出了优越的湿度和温度稳定性[24]。同时，他们采用苯甲胺、二甲胺、丙二胺、丁二胺为加入材料，合成其碘化铵盐，再基于通式(A)2(FA)n-1PbnI3n+1和(A)(FA)n-1PbnI3n+1(n=9)制备了4 种不同的准二维钙钛矿薄膜。结果这4 种准二维钙钛矿薄膜制备的太阳电池的效率均较常规钙钛矿太阳电池有所下降；但是其中的苯甲胺准二维钙钛矿太阳电池由于膜致密均匀、晶体结构较好和吸收强度高等优点，使其性能最好，在4 种准二维钙钛矿太阳电池中效率最高，达到17.40%，且较常规钙钛矿太阳电池效率下降不明显，如图7 所示。相较于常规的三维钙钛矿太阳电池，苯甲胺准二维钙钛矿太阳电池无明显的迟滞行为，其效率重现性高，截面形貌平整致密，载流子传输速度较快，并且空穴、电子复合速率较慢，这些都表明苯甲胺准二维钙钛矿太阳电池具有优越的发电性能，能与常规三维钙钛矿太阳电池相媲美。放置在80%的湿度下，4 种准二维钙钛矿太阳电池表现出了不同的湿度稳定性，其中二胺类的准二维钙钛矿太阳电池的湿度稳定性较差，而苯甲胺准二维钙钛矿太阳电池的湿度稳定性最好。在500 h 的湿度老化测试后，苯甲胺准二维钙钛矿太阳电池的效率能保持在初始效率的80%左右，而常规三维钙钛矿太阳电池的效率仅剩10%。准二维钙钛矿太阳电池的湿度稳定性取决于加入的铵盐的疏水性，铵盐的疏水性越强，获得的准二维钙钛矿太阳电池就具有越高的抗湿度能力。这4种铵盐中，苯甲胺具有最高的疏水性，因此得到的苯甲胺准二维钙钛矿太阳电池具有更高的湿度稳定性[25]。

暨南大学的麦耀华课题组将1-(2-吡啶基)-1H-吡唑与钙钛矿(Cs0.04MA0.16FA0.8PbI0.85Br0.15)前驱体进行组装，原位生长获得了具有1D-3D 复合钙钛矿结构的晶体薄膜。该课题组对复合薄膜的生长机制及异质界面结构进行了深入研究，由于1D 钙钛矿中链状[PbX6]4-(X 为I 或者Br)的热力学稳定性和结构柔韧性，因此，1D 钙钛矿材料的引入不仅可以降低甚至可以封锁3D 钙钛矿中A 位离子负面迁移的通道，抑制了钙钛矿因A 位离子大范围迁移所造成的不可逆降解，实现了器件的热力学自修复功能。1D-3D 复合钙钛矿太阳电池在55%相对湿度、85 ℃环境下老化15 h，电池效率在25 min 内可以恢复到初始效率的95%以上；在5 个老化循环测试后，电池效率的保持率在初始效率的90%以上，稳定性相比常规的三维钙钛矿太阳电池有了大幅度的提高[26]。

王照奎和廖良生课题组采用SnI2和CuBr2少量取代PbI2制备了三元Pb-Sn-Cu 钙钛矿太阳电池，如图8 所示。他们详细研究了取代时采用Sn2+和Cu2+对铅基钙钛矿薄膜的生长和其光电特性的影响。钙钛矿晶体中Sn2+的取代导致薄膜的吸收边发生红移，Cu2+的引入对改善钙钛矿结晶晶粒、晶体覆盖率及晶体边界钝化等起到了重要作用。研究表明，Pb-Sn-Cu 钙钛矿显示出多个晶体取向，并具有较好的电荷传输性能。最终，三元Pb-Sn-Cu 钙钛矿太阳电池的能量转换效率达到了21.08%[27]。

图8 三元Pb-Sn-Cu 钙钛矿太阳电池Fig. 8 Ternary Pb-Sn-Cu PSC

清华大学的林红课题组将制备的PbS 量子点均匀分散于DMF 中，以包含PbS 量子点的DMF 溶液作为配制钙钛矿溶液的溶剂，通过在介孔TiO2层上旋涂MAPbI3/PbS 的前驱体溶液并以氯苯进行反溶剂处理。将旋涂好的薄膜置于加热板上加热后，成功制得了MAPbI3/PbS 的杂化薄膜。通过高分辨率的透射电镜对MAPbI3/PbS杂化材料进行表征，如图9 所示。从图9 可以看出，PbS 量子点均匀的嵌入在MAPbI3体材料中。为了研究2 种薄膜在太阳电池中真实工作状态下的性能，课题组分别将纯MAPbI3和MAPbI3/PbS杂化薄膜作为吸光层组装介观钙钛矿太阳电池，分别获得了16.3%和18.6%的光电转换效率，杂化后薄膜的短路电流和填充因子均获得明显提升。结果表明，通过PbS 量子点对钙钛矿的杂化可以明显改善钙钛矿吸光层的结晶性，以及拓宽吸光层的吸光范围，从而引起短路电流和填充因子的明显提高，最终获得了最佳的光电转换效率[28]。

图9 MAPbI3-PbS 量子点杂化材料的高分辨率的透射电镜图像及放大图Fig. 9 High resolution TEM images and enlarged images of MAPbI3-PbS quantum dot hybrid materials

南京工业大学的黄维、王建浦课题组利用3-溴苯甲胺碘制备了高效且水稳定的准二维钙钛矿太阳电池，如图10 所示。该电池的转换效率达18.20 %。未封装器件在相对湿度40%的大气环境中放置2400 h 后，效率仍保持初始值的82%以上，并且浸入水中60 s 后光电参数几乎不变。

图10 利用3-溴苯甲胺碘制备的准二维钙钛矿太阳电池Fig. 10 Quasi two dimensional PSC prepared by(3-Bromophenyl) methanamine hydrochloride

钙钛矿太阳电池的优异性能应归功于其具有疏水性、高度电子有序性、高结晶度的准二维钙钛矿薄膜。该薄膜上层是高度取向生长的三维钙钛矿组分，其较小的带隙和低的激子束缚能可实现低能太阳光子利用和高效电荷分离，而薄膜底部是竖直生长的宽带隙钙钛矿组分，其有利于实现高效的电荷传输。在大气环境下，未封装器件在200 mA·cm-2的高电流密度下的工作寿命约为96 h[29]。随后，刘生忠课题组针对FAPbI3钙钛矿太阳电池在空气中发生相转变导致光电性能失效的问题，通过引入二维钙钛矿修饰层和半导体小分子添加剂，大幅提高了FAPbI3材料在空气中的稳定性，未封装器件在空气中暴露60 天后，效率仍能维持在20%左右[30]。 (待续)