传统的太阳能电池是由硅制成的，具有高的功率转换效率和良好的稳定性。但它们相对昂贵，并且正在达到实用和经济的光伏效率极限。钙钛矿被认为是取代硅作为太阳能电池板选择材料的主要竞争者。钙钛矿太阳能电池预计成本更低，制造温度低，重量轻，柔韧性好。它们可以印刷在塑料薄膜上作为柔性太阳能电池，或者可以用作窗户玻璃涂层来吸收阳光，提供广泛的可用性。

在不同类型的钙钛矿太阳能电池中，具有倒设计结构的钙钛矿太阳能电池表现出优异的稳定性，使其成为达到商用硅太阳能电池寿命的良好候选者。然而，钙钛矿材料包含化学活性成分，在高温和高湿度下容易挥发和降解，缩短太阳能电池的使用寿命。目前还缺乏一种策略，可以在保持稳定性的同时，将倒钙钛矿太阳能电池的效率提高到25%，与硅太阳能电池相媲美。

城市大学化学系助理教授朱宗龙博士受二茂铁这种含金属材料独特性质的启发，用一种新方法克服了这些障碍。朱博士的团队与帝国理工学院的Nicholas Long教授合作，巧妙地将二色铁添加到钙钛矿太阳能电池中，作为光吸收层和电子传输层之间的界面，取得了突破。朱博士说:“我们是第一个成功将倒置钙钛矿太阳能电池的效率提高到创纪录的25%，并通过了国际电工委员会(IEC)设定的稳定性测试的团队。”

研究结果发表在科学杂志上科学。

“二茂铁的独特性质可以帮助克服钙钛矿太阳能电池的问题，”龙教授说，他是有机金属化学专家。二茂铁是一种铁原子“夹”在两个平面碳环之间的化合物。朱博士的团队采用了龙教授团队开发的二茂铁，其中碳环附着在不同的有机基团上。朱博士解释说:“这些有机基团降低了钙钛矿表面的反应性，提高了效率和稳定性。”

钙钛矿太阳能电池由多层材料组成。钙钛矿层用于光收集。二茂铁分子加速了电子从钙钛矿活性层向电转换层电极的转移，从而提高了效率。

朱博士解释说，这些有机基团的另一个优点是，“由联合团队设计的二铁基有机金属化合物通过强大的化学键将离子牢牢地固定在钙钛矿表面，降低了太阳能电池对外部环境的敏感性，延缓了设备的降解过程。”

在实验中，城大的研究小组发现，这些新发明的太阳能电池可以在连续照明下工作超过1,500小时，并且仍然保持超过98%的初始效率。该器件还通过了成熟光伏的国际标准，在炎热潮湿的环境(85摄氏度和85%的湿度)中表现出卓越的稳定性。

“这项工作最重要的部分是我们成功地制造了高效的钙钛矿太阳能电池，同时提供了良好的稳定性。可靠的结果意味着钙钛矿的商业化正在进行中，”朱博士说。

合作团队为他们的设计申请了专利。朱博士总结道:“我们的目标是利用这种新颖的分子和简便的方法扩大钙钛矿太阳能电池的生产规模，为全球‘零碳’可持续发展目标做出贡献。”

朱博士和龙教授是本文的通讯作者。第一作者是城市大学化学系博士生李震和吴昕以及博士后李波博士。其他城市大学团队成员包括化学系的张守峰博士及高丹鹏先生。

是项研究由城市大学、创新及科技基金、香港研究资助局及广东省自然科学基金资助。