作為低成本、高效率的太陽能電池材料，以鉛為基體的鈣鈦礦已經(jīng)受到廣泛關(guān)注。然而，鉛(Pb)的內(nèi)在不穩(wěn)定性和毒性引起了人們對鉛基鈣鈦礦作為太陽能電池材料可行性的嚴(yán)重關(guān)注，阻礙了太陽能電池和基于這些材料的類似設(shè)備的大規(guī)模商業(yè)化。盡管無鉛鈣鈦礦作為一種替代方案可用來彌補(bǔ)鉛基鈣鈦礦的毒性，但由于效率較低，用途不大。

最近一項(xiàng)由韓國蔚山科技大學(xué)(UNIST)自然科學(xué)學(xué)院教授Tae-Hyuk Kwon領(lǐng)導(dǎo)的研究，在開發(fā)新一代太陽能電池方面邁出了重要的一步，這項(xiàng)研究采用的是無鉛鈣鈦礦。這種新型鈣鈦礦材料具有很好的電學(xué)性能，可以作為染料敏化太陽能電池的電荷再生器，從而提高電池的整體效率和穩(wěn)定性。

該研究結(jié)果發(fā)表2018年11月期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)，這一發(fā)現(xiàn)將為無鉛鈣鈦礦在太陽能電池中的應(yīng)用開辟新的可能性。

在鉛的各種替代方案中，該研究小組使用了空白順序的雙鈣鈦礦(Cs2SnI6)。盡管前景看好，但Cs2SnI6的表面態(tài)及其功能仍不清晰。因此，有必要對Cs2SnI6的這些特性進(jìn)行全面的研究，為今后基于Cs2SnI6的器件的設(shè)計(jì)提供參考。

為闡明Cs2SnI6表面態(tài)的功能，該小組對其電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制進(jìn)行了研究，并為此開發(fā)了一套三電極系統(tǒng)，對Cs2SnI6表面態(tài)下的電荷轉(zhuǎn)移進(jìn)行觀察。此外，循環(huán)伏安法和莫特-肖特基(Mott-Schottky)分析也被用于探測Cs2SnI6的表面態(tài)，發(fā)現(xiàn)電勢與其帶隙有關(guān)。

分析表明，Cs2SnI6的表面態(tài)具有很高的氧化還原活性，在碘氧化還原介質(zhì)的存在下可以有效地充電/放電。此外，基于Cs2SnI6的電荷再生系統(tǒng)的制備證實(shí)了電荷轉(zhuǎn)移是通過Cs2SnI6的表面態(tài)發(fā)生的。

韓國蔚山科技大學(xué)研究人員HyeonOh Shin指出，研究發(fā)現(xiàn)電荷轉(zhuǎn)移通過Cs2SnI6的表面態(tài)發(fā)生的，這將有助于使用無鉛鈣鈦礦材料設(shè)計(jì)未來的電子和能源設(shè)備。

基于這一策略，該研究小組利用一種用于有機(jī)染料敏化太陽能電池(DSSCs)的以Cs2SnI6為基礎(chǔ)的電荷再生器，設(shè)計(jì)了混合太陽能電池。這種太陽能電池在氧化有機(jī)染料恢復(fù)原狀的過程中產(chǎn)生電流。

該研究的另一位主要創(chuàng)始人Byung-Man Kim還指出，由于有機(jī)染料中的大量電荷與Cs2SnI6的表面狀態(tài)有很高的連接性，因此產(chǎn)生了更多的電流。所以，Cs2SnI6在熱力學(xué)上具有良好的電荷接受水平，與傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)相比，其光電流密度提高了79%。

本研究通過對Cs2SnI6 電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究，闡明其表面態(tài)的功能，在研究屆引起廣泛關(guān)注。這項(xiàng)研究結(jié)果表明，在存在氧化還原介質(zhì)的情況下，Cs2SnI6的表面態(tài)是主要的電荷轉(zhuǎn)移途徑，在未來基于Cs2SnI6的設(shè)備設(shè)計(jì)中應(yīng)加以考慮該途徑。