南京大学化学化工学院金钟教授共同带领的“微纳米能源材料课题组”在全无机钙钛矿太阳能电池方面取得重要进展，相关研究成果以“All-Inorganic Perovskite Solar Cells”为题发表在Journal of the American Chemical Society, 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b10227。助理研究员梁佳博士为论文第一作者。

    自从2009年无机-有机杂化钙钛矿材料首次应用于太阳能电池中以来，短短几年的时间内，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经从最初的3%增长到了目前的22%。然而，虽然目前钙钛矿太阳能电池的效率已经很高，其器件稳定性却很差，这主要是由于杂化钙钛矿材料在高温或者潮湿的环境中极易分解。此外，钙钛矿太阳能电池的有机空穴传输层中的一些添加剂，例如锂（三氟甲磺酰基）亚胺和叔丁基吡啶，由于易吸湿而加速了器件性能的下降。到目前为止，文献中报道的钙钛矿太阳能电池绝大多数都必须在氮气保护的手套箱中制作和封装，这大大增加了其实际生产应用的难度和成本。另一方面，目前应用于无机-有机杂化钙钛矿太阳能电池的有机空穴传输材料（例如：spiro-MeOTAD或PTAA）和贵金属对电极材料（例如：金）都是非常昂贵的，因此，寻找廉价的空穴传输层材料和对电极材料也是目前面临的一大问题。

    为了寻找解决方案，金钟课题组首次提出了制作完全由无机材料构成的钙钛矿太阳能电池，即摒弃传统无机-有机杂化钙钛矿太阳能电池中所有不稳定的有机成分（图1）。由于全无机钙钛矿太阳能电池中的所有组分都具有高稳定性，因此整个制作过程都可以在空气中完成，无需任何密封环境或气氛保护。这种全无机太阳能电池在未封装的情况下，直接暴露在相对湿度为90-95%的环境中工作3个多月而性能没有任何衰减（图2）。其次，将全无机钙钛矿太阳能电池在高湿度环境中放置在高温(100 °C)或者低温(-22 °C)下进行性能测试时，同样显示该太阳能电池即使不封装也可以长时间正常工作而没有出现效率衰减。最后，该电池用廉价易得的碳电极取代了昂贵的有机空穴传输层和贵金属对电极，使其制备成本大大降低。该研究在钙钛矿太阳能电池的稳定性方面迈出了关键的一步，为发展下一代能够在严苛环境下工作的高性能钙钛矿太阳能电池提供了新思路。

    该研究工作得到了973计划、重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金等项目的资助。

图1. （a）全无机钙钛矿太阳能电池的器件结构图；（b）全无机钙钛矿太阳能电池的能带示意图；（c）无机钙钛矿材料CsPbBr₃的原子结构；（d）全无机钙钛矿太阳能电池（未覆盖碳电极之前）的XRD图谱；（e）CsPbBr₃的UV-Vis图谱；（f）CsPbBr₃的(Ahv)²-hv曲线。

图2.（a）全无机钙钛矿太阳能电池的J-V曲线；（b）40个全无机钙钛矿太阳能电池的光电转化效率分布；（c）全无机钙钛矿太阳能电池和传统有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在相对湿度为90-95%的环境中的稳定性对比；（d）在高温环境(100 °C)中的稳定性对比；（e）全无机钙钛矿太阳能电池在从-22 °C到100 °C的极端温度循环中的性能稳定性测试。