眾所周知，鈣鈦礦材料的較差穩定性導致鈣鈦礦太陽能電池無法長期穩定高效地工作，這也是此種下一代光伏技術走向大規模實用的瓶頸。究其原因，鈣鈦礦的不穩定與眾多因素有關，包括濕氣及離子轉移、熱或光照下的內部不穩定性、熱老化及光致化學反應等等。為了控制老化、提升鈣鈦礦電池的穩定性，科學家們也發現了幾種方法，包括引入鈣鈦礦/氧化鎳顆粒、成分調整、使用混合離子合成鈣鈦礦材料、引入碳電極及利用溶劑工程生成高質量結晶等等。

最近，韓國全北國立大學Yoon-BongHahn等研究者為了解決由于鈣鈦礦材料降解導致的穩定性問題提出一個新方法：基于鈣鈦礦/銀納米顆粒錨定的還原氧化石墨烯（Ag-rGO）復合物制備鈣鈦礦太陽能電池。他們發現活性層中的Ag-rGO不僅阻礙破壞性的離子遷移及擴散，而且會加速電荷傳輸及提高器件的熱穩定性及光穩定性，從而提升鈣鈦礦太陽能電池的長期穩定性。

本文中作者采用的太陽能器件的結構示意圖如圖1a所示，總體還是采用介孔結構的器件結構，截面電鏡示意圖如圖1b所示。因為鈣鈦礦材料中的離子和分子中，碘離子的直徑最小，為0.412nm，即便如此也不能穿透復合材料中的晶格常數為0.246nm的石墨烯片。石墨烯片的存在可以阻止鈣鈦礦層中的離域離子運動，從而抑制缺陷的出現和降解。圖1c是Ag-rGO阻礙鈣鈦礦碘離子及水分子的示意圖，這也是其提高穩定性的精髓！

作者關于含Ag-rGO和不含Ag-rGO的鈣鈦礦活性材料進行了加熱老化實驗。結果表明，加入Ag-rGO后的鈣鈦礦穩定性大大提高，而未加入Ag-rGO的鈣鈦礦降解較快，這驗證了作者設計方法的有效性。

作者分別制造了基于鈣鈦礦/Ag-rGO復合材料以及基于鈣鈦礦的太陽能電池器件，以研究Ag-rGO關于電池性能的影響。加入Ag-rGO的器件，內量子效率明顯提高，對應著積分電流也隨之增強。未加入Ag-rGO的器件，其反掃的效率會高于正掃的效率，也就是出現了遲滯現象。器件的熱穩定性測試中，在加熱到90℃條件下，加入Ag-rGO的電池器件明顯具有更好的穩定性，80小時后幾乎沒有衰減；相比之下，未加入Ag-rGO的器件性能大幅下降。在持續光照下，加入Ag-rGO的器件也具有較好的穩定性，在3600s后，器件仍舊具有較好的穩定性。此外，在長期穩定性實驗中，加入Ag-rGO的電池器件表現非常出色，在環境條件下330天內，性能參數幾乎沒有變化。

圖3.(a)內量子效率曲線,(b)電流-電壓曲線,(c)隨著加熱老化時間效率變化,(d)隨著光照時間變化效率變化曲線。圖片來源：ACSEnergyLett.

總之，通過Ag-rGO對鈣鈦礦的摻雜，器件的性能及穩定性都雙雙提高，Ag納米顆粒的用途是將其功函提高。Ag-rGO展現了p型的行為，不僅能夠阻擋離子擴散，成為電荷傳輸的有效通道，而且可以提高電池的光熱穩定性。其中特別值得一提的是，長期穩定性也得到了明顯的提升。鈣鈦礦太陽能電池假如要實用化，首先要提高穩定性，因此該方法為后續產業化供應了很好的借鑒。