辣椒入菜，沖擊人類舌尖味蕾，辣椒“入”電池，能讓電池更加高效發(fā)電。

近日，華東師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院保秦?zé)罱淌谡n題組，把天然分子辣椒素作為添加劑引入鈣鈦礦半導(dǎo)體，結(jié)合光電子能譜與光電器件，在國際上首次直接觀察到，軟物質(zhì)鈣鈦礦半導(dǎo)體表面電子結(jié)構(gòu)從P型轉(zhuǎn)變成N型的新現(xiàn)象。

“辣椒”也能發(fā)電？“吃辣”后的電池性能發(fā)生了什么變化？

保秦?zé)罱淌诟嬖V澎湃新聞（www.thepaper.cn）記者，所謂“辣椒”能發(fā)電，是指辣椒素能夠提高鈣鈦礦太陽能電池發(fā)電效率。

華東師大保秦?zé)罱淌冢ㄖ校?、博士研究生熊少兵（右）和本科生侯彰?本文圖片均來自微信公眾號(hào)@華東師范大學(xué)

含有辣椒素的器件效率達(dá)到目前最高值

保秦?zé)罱榻B，有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體具有高光吸收系數(shù)、長載流子壽命和擴(kuò)散距離、高電荷遷移率和可調(diào)帶隙等優(yōu)異的光電性能，在發(fā)光二極管、光伏、探測器等光電器件上具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，鈣鈦礦半導(dǎo)體還具有制備工藝簡單、成本低、可用于柔性器件等顯著優(yōu)勢。

但鈣鈦礦光伏器件內(nèi)部存在大量的非輻射復(fù)合能量損失，制約了其光電轉(zhuǎn)換效率的提升。大量的工作已證實(shí)，在減小器件能量損失方面，界面電子結(jié)構(gòu)匹配至關(guān)重要。

研究人員一直在尋找使用綠色的添加劑技術(shù)，以克服這一短板。

華東師大保秦?zé)罱淌诤蛯W(xué)生

據(jù)保秦?zé)罱榻B，課題組在利用光電子能譜研究軟物質(zhì)半導(dǎo)體（有機(jī)半導(dǎo)體，鈣鈦礦半導(dǎo)體）器件界面電子結(jié)構(gòu)特性方面積累了一些經(jīng)驗(yàn)，希望通過添加劑改變鈣鈦礦半導(dǎo)體表面電子結(jié)構(gòu)，與電荷傳輸層實(shí)現(xiàn)匹配的界面電子結(jié)構(gòu)，從而減少器件能量損失。

課題組發(fā)現(xiàn)，辣椒素能夠?qū)崿F(xiàn)鈣鈦礦半導(dǎo)體表面電子結(jié)構(gòu)從原先的P型到N型的轉(zhuǎn)變，同時(shí)鈍化半導(dǎo)體表面的缺陷。這兩種效果（匹配的電子結(jié)構(gòu)與缺陷的減少）有效促進(jìn)電荷傳輸，減少非輻射復(fù)合能量損失，從而提高電池的能量轉(zhuǎn)換效率。

從器件效率上看，標(biāo)準(zhǔn)器件（未添加辣椒素）的功率轉(zhuǎn)換效率僅為19.1％，但是含有辣椒素的器件效率大幅提高到21.88％，這個(gè)效率是已報(bào)道的多晶甲銨基碘化鉛鈣鈦礦（MAPbI3）的P-I-N結(jié)構(gòu)器件的最高值。

此外，相比標(biāo)準(zhǔn)器件，含辣椒素的鈣鈦礦電池還顯示出更高的工作穩(wěn)定性。保秦?zé)钐岬?，辣椒素是一種很有前景的添加劑，其成本低廉，綠色無毒，性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，并可廣泛獲取，適合于未來大規(guī)模生產(chǎn)高效鈣鈦礦太陽能電池。

一名本科生為論文共同第一作者

添加劑的尋找經(jīng)歷了怎樣的過程，為何選擇了辣椒素？

實(shí)驗(yàn)室制備的光伏器件

保秦?zé)畋硎?，課題組一直在尋找使用綠色、可持續(xù)的基于森林系生物添加劑技術(shù)，并與無毒無鉛鈣鈦礦半導(dǎo)體結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)完全綠色的鈣鈦礦電子器件?！巴ㄟ^綜合考慮辣椒素化合物的電學(xué)、化學(xué)、光學(xué)和穩(wěn)定性等性質(zhì)，我們初步認(rèn)為它可能是一個(gè)很有效的添加劑?！北Ｇ?zé)钐岬?，課題組也嘗試過纖維素、樺木素等天然的添加劑，也取得了一定的效果。

把天然分子辣椒素作為添加劑引入到鈣鈦礦半導(dǎo)體，在國際上首次直接觀察到軟物質(zhì)鈣鈦礦半導(dǎo)體表面電子結(jié)構(gòu)從P型轉(zhuǎn)變成N型的新現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上，課題組還實(shí)現(xiàn)了功率轉(zhuǎn)換效率為21.88％和填充因子為83.81％的鈣鈦礦光伏器件，這兩個(gè)值都是迄今為止報(bào)道的基于多晶MAPbI3薄膜器件的最高記錄值。

a. 溶液旋涂軟物質(zhì)半導(dǎo)體薄膜；b.光電子能譜工作示意圖；c-e. 鈣鈦礦半導(dǎo)體表面電子結(jié)構(gòu)從p到n型的完全轉(zhuǎn)變; f. p-n同質(zhì)結(jié)的形成；g.器件效率

1月14日，相關(guān)研究成果以Direct observation on p- to n-type transformation of perovskite surface region during defect passivation driving high photovoltaic efficiency為題發(fā)表在Cell出版社期刊Joule上。

華東師范大學(xué)為論文的第一單位，博士研究生熊少兵為論文的第一作者。華東師大官微還提到，本科生侯彰鈺為論文共同第一作者。

保秦?zé)畋硎?，?duì)于本科生來說，參與到這項(xiàng)研究中，并能發(fā)表論文確實(shí)具有挑戰(zhàn)。侯彰鈺參與了整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，特別是器件制備與表征，并且輔助第一作者研究生熊少兵進(jìn)行機(jī)理研究。在此過程中，本科生得到了很好的鍛煉，并接觸到研究領(lǐng)域最前沿的知識(shí)。