自古及今，太陽一直在向人類提供賴以生存和發展的能量，可以說地球上絕大部分能量都是太陽直接或間接向我們提供的。光雖然纖弱柔和，但其中包含的能量卻是巨大、源源不斷的，一旦研究出一種有效吸收、轉換和存儲太陽能的方法，未來人們的能源危機就可以迎刃而解。所以一直以來如何直接有效的利用太陽的能量是人們研究和關注的焦點，人們先後研究出光催化劑，太陽能電池，太陽能集熱器以更好的利用太陽能。近年來，鈣钛礦太陽能電池方興未艾，人們逐漸取得關于鈣钛礦太陽能電池技術的重要突破，但是困擾其應用的最重要的問題就是其在空氣中較低的穩定性。鈣钛礦材料對濕度極度敏感，在空氣濕度較高的情況下可以迅速退化，甚至直接分解。所以，如果能夠提出有效的提高鈣钛礦太陽能電池在空氣中長期工作穩定性的方法，這種新型光電轉換器件的工業化進展就可能取得重大突破。

        清華大學新型陶瓷與精細工藝國家重點實驗室林紅課題組應用N719染料分子對有機-無機鈣钛礦吸光層進行體修飾，在不犧牲太陽能基礎效率的前提下，大幅提高了鈣钛礦材料的空氣濕度穩定性。研究者将N719染料分子摻入鈣钛礦前驅體中進行旋塗，得到了鈣钛礦-染料雜化薄膜，測試表明其具有更大的晶粒尺寸和更少的孔洞，更加重要的是這種薄膜在500-700納米波長區間展現了更強的光吸收能力，這種吸光能力的增強被認為是源于染料分子對吸光的輔助作用。不僅如此，通過對鈣钛礦材料退化過程的實時監測，我們鑒别了整個水化過程的全部産物和中間物，發現染料分子雜化的鈣钛礦薄膜展現了被大幅延遲的水化過程，從而具有更強的濕度穩定性。通過第一原理計算我們發現水分子在雜化薄膜中的擴散勢壘為原本薄膜中的三倍，從而為其優越的濕度穩定性提供解釋。此外，我們将制備的雜化與未雜化薄膜樣品分别與小分子極性溶劑接觸，通過高分辨相機連續拍照記錄了鈣钛礦薄膜退化的宏觀過程，發現雜化薄膜在從黑色的鈣钛礦到灰色的水合物最後變為黃色的碘化鉛的過程中明顯具有更慢的退化速度，并首次對黑-灰-黃的顔色過渡區進行了物相分析，鑒别他們的成分，将空間的顔色過渡區變化與時間上的退化過程聯系到一起，從而更加深入的揭示了有機-無機鈣钛礦的退化機理。最後，基于染料-鈣钛礦雜化薄膜，我們制備的相應器件在60%濕度的空氣中接觸250小時仍然保持了超過80%的效率，其相應退化速度是原本鈣钛礦器件的三分之一。研究者相信，這種策略的提出為解決鈣钛礦電池長期穩定性問題提供了一種全新的思路，并且進一步揭示了鈣钛礦材料水化過程的機理，對未來鈣钛礦太陽能電池技術的應用過程具有重要意義。相關論文以“Improved Moisture Stability of Perovskite Solar Cells Using N719 Dye Molecules”為題，在線發表在國際高水平期刊Solar RRL（DOI: 10.1002/solr.201900345）上。