编者按：
武汉大学物理学院方国家课题组在全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)研究领域取得新进展，基于PM6的全无机钙钛矿器件实现了17.05%的光电转化效率，这是迄今为止基于无掺杂聚合物空穴传输材料的全无机钙钛矿太阳能电池的最高效率。


近期，武汉大学物理学院方国家教授课题组与吴奕初教授和香港中文大学路新慧教授课题组合作，在全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)研究领域取得新进展。采用J71、PBDB-T、PM6等一系列无掺杂聚合物有机光伏给体材料作为空穴输运材料，采用合适的能级和载流子输运能力，构建了全新的全无机PSCs体系结构。

全无机钙钛矿CsPbX3 有优异的热稳定性， 具有连续可调的宽带隙（1.73〜2.3 eV），在半透明电池以及叠层太阳能电池等领域具有很好的应用潜力，吸引了广泛的关注。但是，全无机钙钛矿太阳能电池在相稳定性方面以及光电转换效率方面仍面临挑战。其中一个重要的原因就是缺乏与之匹配的空穴传输材料。当前主流的空穴传输材料（Spiro-OmetaD）需要额外的精确掺杂和氧化过程，以提升空穴迁移率。这些掺杂材料的吸湿性以及不可避免的氧化过程又会加速全无机钙钛矿吸光层的相变，带来严重的稳定性问题，使器件性能下降。此外，宽带隙的全无机钙钛矿和Spiro-OmetaD之间存在较大的价带带阶，会造成很大的能量损失。

为了解决这些问题，本文采用J71、PBDB-T、PM6等一系列无掺杂聚合物有机光伏给体材料作为空穴输运材料，采用合适的能级和载流子输运能力，构建了全新的全无机PSCs体系结构。本工作在全无机钙钛矿体系中应用系列新型无掺杂的有机聚合物光伏材料（J71，PBDB-T，PM6）作为空穴传输层，这些材料具有优异的电荷传输性能和更合适的能级，能够避免复杂的掺杂和空气环境条件的氧化过程。基于PM6的全无机钙钛矿器件实现了17.05%的光电转化效率，这是迄今为止基于无掺杂聚合物空穴传输材料的全无机钙钛矿太阳能电池的最高效率。进一步通过使用导电原子力显微镜（C-AFM）、掠入射广角X射线散射（GIWAXS）和开尔文探针显微镜（KPFM）测试技术，对材料分子微观结构、电荷输运机制和电势分布等相关机理进行了深入的分析。

论文要点：1）实现了高达17.05%的PCE。这在基于无掺杂空穴传输层制备的全无机钙钛矿太阳能电池中效率是最高的；2）首次在钙钛矿太阳能电池中采用J71、PBDB-T、PM6等一系列无掺杂聚合物有机光伏给体材料作为空穴输运材料，避免了复杂的掺杂和氧化过程造成器件不稳定。3）通过先进的掠入射广角x射线散射(GIWAXS)分析，系统地研究了材料的分子堆积取向和结晶性等微观结构，揭示了影响聚合物材料电荷输运的隐藏机制。

近日，该工作以“Constructing Highly Efficient All-Inorganic Perovskite Solar Cells with Efficiency Exceeding 17% by Using Dopant-Free Polymeric Electron-Donor Materials”为题被国际著名刊物《纳米能源》（Nano Energy）在线发表。论文第一署名单位是武汉大学物理科学与技术学院，博士生马俊杰为第一作者，方国家教授、路新慧教授和吴奕初教授为共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、湖北省科技计划资金的资助。


原标题： 武汉大学方国家课题组在全无机钙钛矿光伏电池研究取得重要进展