三年磨一剑，交大杨旭东教授团队再发Science！

　　高效钙钛矿太阳能电池不断创造效率纪录，但是其稳定性仍然面临巨大挑战。2022年9月9日，学术期刊Science在线发表了上海交通大学材料科学与工程学院杨旭东教授团队的研究成果＂Transporting holes stably under iodide invasion in efficient perovskite solar cells＂（高效钙钛矿太阳能电池在碘化物入侵下空穴传输的稳定化），是该领域稳定性问题研究的重要进展。材料学院博士研究生王涛为该论文第一作者，杨旭东教授为唯一通讯作者。
　　《科学》在线发表杨旭东教授团队的研究成果
　　不断突破钙钛矿电池稳定性难题
　　多次发表顶刊论文
　　杨旭东教授在半导体物理、半导体材料领域耕耘了20年，在进入卤化物钙钛矿材料与器件这一研究领域后，聚焦材料器件稳定性差这一国际难题，着重研究其深层机理和材料特性，对于碘离子易扩散并破坏电池性能的痛点问题，相继在钙钛矿薄膜结晶（Nature 2017, 550, 92）、钙钛矿异质结结构稳定性（Science 2019, 365, 687）等关键问题上发表第一单位通讯作者论文。本次所发表的工作，是对上述科学问题的再一次挑战，着重解决碘离子破坏空穴载流子传输的问题，并突破性取得了大幅提高空穴载流子传输效率和稳定性的成果。
　　钙钛矿光伏方兴未艾
　　助推我国能源战略布局
　　随着社会的发展和人口的增长，能源危机和环境问题日益凸显，威胁人类的长期生存与发展。我国为此也提出＂碳达峰＂和＂碳中和＂的国家战略，努力构建以洁净能源为主导的新能源生命线。在此背景下，太阳能作为清洁的可再生能源备受关注，光伏产业也迎来高速发展的新契机。钙钛矿太阳能电池因其优越的光伏性能、低廉的制造成本和简单的制备工艺获得科学界和产业界广泛关注。其认证的最高效率仅用了13年时间就快速突破至25.7%，十分接近单晶硅太阳能电池的效率纪录26.7%，并向着比晶硅电池更高的理论效率前进，展现出巨大的应用前景。钙钛矿太阳能电池由钙钛矿光吸收层、空穴传输层和电子传输层构成，光照下产生分别带有负电荷和正电荷的光生电子和空穴载流子，实现由光能到电能的转换。但是，卤化物钙钛矿本身结构软弱，其碘化物组分容易离开原有结构位置，造成对钙钛矿结构和性能的破坏，并进一步对其它电池功能层造成破坏。其中，碘化物扩散迁移至空穴传输层中，会导致空穴传输效率和界面能级结构匹配度的衰退，由此引起电池效率的显著衰减，是当前国际前沿领域中难以解决的问题之一。
　　A:通过离子交换策略调控空穴传输层电荷分布；B:空穴电导率提升；C:能级分布调控；D:能级分布示意图；E:120度热老化下的导电性能；F:碘离子侵入下的导电性能。
　　杨旭东教授团队在本次工作中报道了钙钛矿太阳能电池中空穴传输的稳定化策略和内在机理。该团队通过离子交换策略，将带有正电荷的聚合物与引入的阴离子进行离子耦合，可以有效对抗侵入的碘化物对空穴传输通道的破坏，使得空穴传输层的电导率和稳定性得到大幅提升，还可以承受高达120℃的高温热应力。基于这种离子交换策略所制备的钙钛矿太阳能电池，获得认证效率达到23.9%，为无锂离子掺杂和PTAA基钙钛矿太阳能电池的最高认证效率。电池在标准太阳光和85℃下以最大功率点运行1000小时后依旧保持初始效率的92%。该工作为解决高效钙钛矿太阳能电池稳定性问题提供了重要的科学和技术基础。
　　该研究工作得到了北京量子研究院袁之良研究员、悉尼大学郑荣坤教授、上海交通大学陈汉研究员、韩奇峰副教授的研究支持。获得了国家重点研发计划（2018YFB1500104）、国家自然科学基金（11574199，11911530142）、＂上海交通大学特区计划＂和上海市＂东方学者特聘教授＂等项目的资助。
　　未来展望
　　在＂碳达峰＂和＂碳中和＂的国家政策鼓励下，以及全球能源环境问题的大背景下，我国钙钛矿太阳能电池领域的科学研究和产业技术得到蓬勃发展。该团队相信，在学术界和产业界工作者的共同努力下，钙钛矿光伏稳定性的科学技术难题一定会得到有效解决，推动我国双碳目标和能源战略的实现。
　　来源：上海交通大学材料科学与工程学院
　　文案：聂文洁
　　排版：吕长春 薛婧贤
　　责任编辑：金雪
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