近年來，基于鉛的有機/無機雜化鈣鈦礦材料受到了極大的關(guān)注，成為太陽電池研究的熱點方向，其最高光電轉(zhuǎn)換效率已達到23%。然而，由于這類材料結(jié)晶性強，利用常規(guī)的溶液涂布方法和采用常用的鈣鈦礦前驅(qū)體，很難控制鈣鈦礦薄膜的成核和結(jié)晶，導(dǎo)致薄膜的覆蓋度低和光伏器件性能重復(fù)性差，可能制約著其進一步的推廣應(yīng)用。

在國家自然科學(xué)基金委的支持下，中國科學(xué)院化學(xué)研究所綠色印刷重點實驗室科研人員在前期染料敏化太陽電池研究基礎(chǔ)上（Angew.Chem.Int.Ed.ensp2012,51,10351-10354），針對目前鈣鈦礦溶液涂布存在的問題，利用固-氣反應(yīng)方法，通過有機陽離子交換途徑制備高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜（圖1），光伏器件性能得到顯著提高(Adv.Mater.ensp2018,30,1804454，J.Mater.Chem.A,ensp2018,6,1786717873)。

最近該研究團隊通過固-氣反應(yīng)實現(xiàn)了一維HAPbI3(HA=N2H4+)到三維非鉛類錫鈣鈦礦MASnI3(MA=CH3NH3+)的轉(zhuǎn)變。由于這種一維鈣鈦礦前驅(qū)體具有良好的成膜性，固-氣反應(yīng)后的三維鈣鈦礦薄膜在二氧化鈦基底上具有很好的覆蓋度。更重要的是，在陽離子置換過程中，由內(nèi)部置換產(chǎn)生的肼氣體可以有效地原位還原薄膜內(nèi)部可能存在的四價錫，顯著降低薄膜中載流子濃度，從而改善光生載流子輸運。利用這種錫鈣鈦礦薄膜作為光吸收層，采用典型的二氧化鈦介孔結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦電池在一個標準太陽光下的光電轉(zhuǎn)化效率達到7.13%（Angew.Chem.Int.Ed.ensp2019,DOI:10.1002/anie.201902418）。上述論文第一作者為聯(lián)合培養(yǎng)碩士生李風(fēng)珠，通訊聯(lián)系人是副研究員蔣克健、研究員宋延林。

圖1轉(zhuǎn)化前鈣鈦礦（CH3CH2CH2NH3PbI3,左邊)和轉(zhuǎn)換后鈣鈦礦（CH3NH3PbI3,右邊)薄膜

圖2從1D到3D固氣反應(yīng)制備錫鈣鈦礦（CH3NH3PbI3）薄膜