图.(A)无机β-CsPbI3钙钛矿的1.68 eV带隙的紫外可见吸收光谱；(B)精细结构解析GIWAXS图谱确认纯相β-CsPbI3钙钛矿；(C)基于裂纹填充界面工程方法的β-CsPbI3器件获得18.3%认证效率

在国家自然科学基金项目（批准号：21777096，51861145101）等资助下，上海交通大学赵一新教授团队与瑞士联邦洛桑理工学院Grätzel教授、日本冲绳理工大学戚亚冰教授、吉林大学张立军教授、上海光源高兴宇研究员等团队开展合作研究，在全无机钙钛矿太阳能电池领域取得重要进展，获得了兼具高稳定性和高效率的β相CsPbI3无机钙钛矿。经中国计量院认证，光电转化效率高达18.3%，这是目前公开报道无机钙钛矿太阳能电池效率的最高记录。研究成果以“Thermodynamically Stabilized β-CsPbI3-based Perovskite Solar Cells with Efficiencies >18%”（热力学稳定的β-CsPbI3基钙钛矿太阳能电池效率逾18%）为题，于2019年8月9日发表在Science（《科学》）上。论文链接：https://science.sciencemag.org/content/365/6453/591。

近年来，有机无机杂化铅卤钙钛矿太阳能电池效率获得了快速提升，但其化学稳定性差、易分解，严重阻碍其商业化应用。相比之下，全无机CsPbI3钙钛矿具有优异的化学稳定性，即使耐受400摄氏度的高温也不发生分解；另外，~1.7 eV带隙的全无机CsPbI3钙钛矿与广泛使用的~1.1 eV带隙的晶硅可构建高效叠层太阳能电池。遗憾的是，全无机CsPbI3钙钛矿结构容忍因子过小，导致其体相稳定性差；同时由于I空位缺陷较多、界面能级匹配不理想，限制了器件效率的提升。赵一新在前期研究中证明了可以通过维度调控、有机阳离子表面端基化等方法挤压Pb-I八面体提高容忍因子，从而获得良好的相稳定性（Sci. Adv., 2017, 3, e1700841）；通过Br梯度掺杂收缩Pb-I八面体提升容忍因子，进一步提高了CsPbI3钙钛矿的相稳定性，利用Br掺杂有效钝化了I空位缺陷，获得了17%的无机钙钛矿太阳能电池器件效率纪录（J. Am. Chem. Soc.,2018, 140, 12345）。

基于材料晶相的精准表征与理论计算，发现β相CsPbI3比γ相CsPbI3具有更加优异的相稳定性和光伏性能；在阐明额外的有机阳离子添加剂晶格不容纳机制基础上，赵一新与合作者利用有机阳离子诱导调控CsPbI3结晶动力学，合成出具有优异的本征体相稳定性和特定带隙（1.68 eV）的β相CsPbI3钙钛矿；发展了裂纹填充界面工程方法，以β-CsPbI3薄膜中的裂纹构建了钝化微通道，实现了β-CsPbI钙钛矿缺陷的全面钝化，优化了β-CsPbI3钙钛矿层与电荷传输层之间的能级匹配，将光伏器件最关键的开路电压和填充因子参数从1.01V和0.71分别提高至1.10 V和0.82，最终获得了>18%的光电转换效率。本工作对钙钛矿材料的结构研究、性能提升与实际应用均具有重要的指导意义。