上海市太阳能学会

在1月13日发表的论文中，华东师范大学物理与电子科学学院教授保秦烨和同事们找到了改变钙钛矿半导体表面区域的电子结构、减少器件能量损失的方法——给钙钛矿“加点辣”。研究人员向“科研圈”表示，他们一直在寻找简单有效的添加剂，希望利用绿色可持续的生物添加技术，与无毒无铅的钙钛矿半导体结合，发展出性能更高、完全绿色的钙钛矿太阳能电池。这时，辣椒素出现了。

辣椒素源自辣椒的活性成分，也是为美食带来辛辣刺激风味的源头。但是在材料物理学家眼中，它还是一种天然森林基生物材料，适合于未来大规模生产高效钙钛矿太阳能电池。 这类材料具备钝化钙钛矿中的缺陷并调控界面能级的能力，进而提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。

为了测试辣椒素的实际效果，研究团队将测试找到的最佳浓度—— 0.1％（质量比）的辣椒素添加到了 MAPbI3 钙钛矿前体中，然后用这个“加了辣”的材料制造太阳能电池。接下来，研究人员应用了紫外光电子光谱、X 射线光电子光谱和时间分辨光致发光等一系列技术，检测添加的辣椒素会对太阳能电池的性能产生何种影响。

他们发现， 对照组电池设备的光能转换效率为 19.1％，而加了辣椒素的电池设备为 21.88％，几乎与单晶 MAPbI3 器件 21.93％ 的记录一样高。此外，这种辣椒素太阳能电池还显示出更高的稳定性，在环境中放置 800 小时后，仍可以将效率维持在其初始数值的 90％ 以上。

研究者还发现， 辣椒素可大大降低钙钛矿薄膜的缺陷密度，将电子密度提高一个数量级，并能促进电荷传输。此外，他们在加了辣椒素的太阳能电池中观察到较小的泄漏电流，这表明该化合物成功抑制了无辐射复合。

研究人员解释道， 辣椒素之所以有效，是因为它通过改变钙钛矿材料的表层能量，在 p 型半导体层和 n 型半导体层之间形成了界面。由于 p 型半导体层包含的“空穴”多于电子，而 n 型半导体层包含的电子多于“空穴”，辣椒素形成的界面能够促进电荷传输并抑制传统钙钛矿半导体中出现的效率损失。