研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池是解决日益严峻的能源和环境问题的有效途径。作为一种新型第三代太阳能电池，钙钛矿电池具有高转换效率，便于制造和低成本优势，受到了大量的关注。该类材料具有优异的物理性质包括高吸收、高迁移率、长寿命、低激子束缚能以及具有双极性传输的优异特点。在现有技术基础上, 进一步降低成本、提高效率和稳定性、推进其工业化，是其必然的发展趋势。钙钛矿太阳能电池工作的核心主要包含电子收集层、钙钛矿活性层以及空穴收集层，以实现对太阳光的捕获以及光生载流子的分离和传输。目前，高效率电池器件中电子收集层或者空穴收集层之一主要为有机材料。而有机材料必须面对低结晶度、低迁移率、在工作环境中分解等缺点。
　　武汉光电国家实验室王鸣魁教授针对以上难题，在实验室前期研究（Nano Letters，2015, 15, 2402-2408）的基础上，采用全印刷方式构造了一种全新的基于无机氧化物P-i-N框架的钙钛矿电池。该电池应用P-i-N结提供电荷漂移的电场，能够获得更好的光生载流子的收集效率，实现了器件光电转化效率的提升。借助电化学阻抗技术等界面动力学研究手段，研究人员成功观察到器件内部光生电荷复合过程，并首次在试验中观察阳离子迁移对钙钛矿电池性能影响。
　　在钙钛矿太阳能电池未来实际应用中，相信会出现多种结构并存竞争的局面。王鸣魁教授研究团队和美国加州大学洛杉矶分校国际知名的太阳能电池研究专家Yang Yang 教授合作，系统性研究无电子选择传输层的钙钛矿平板器件及其工作机理，发现器件电荷的储存是影响器件工作的首要原因。
　　这些研究结果，有助于研究人员进一步明确影响钙钛矿太阳能电池性能的关键因素，也能为人们寻找更简单或更高效的新结构提供思路。2015年9月，题为 “ 基于印刷制备的介孔二氧化钛/氧化铝/氧化镍/碳框架结构高效率钙钛矿太阳能电池”（Efficient screen printed perovskite solar cells based on mesoscopic TiO2/Al2O3/NiO/carbon architecture）、“ 简化结构柔性钙钛矿太阳能电池的工作机 制”（Working Mechanism for Flexible Perovskite Solar Cells with Simplified Architecture）的研究论文，分别发表在纳米材料能源期刊Nano Energy（2015, 17, 171-179）以及纳米快报 Nano Letters（2015, DOI: 10.1021/acs.nanolett. 5b02126）上。这些工作得到了武汉光电国家实验室主任基金、国家“ 973计划”（2011CBA00703，2013CB922104）、国家自然科学基金（201173091）等项目的支持。

　　　图：（a）电池结构示意图 （b）能级示意图 （c）电池电流-电压输出曲线 （d）电化学阻抗谱图