黄维院士、陈永华教授团队在Nature Photonics《自然·光子学》发文报道高效稳定层状钙钛矿太阳能电池最新突破性进展

与传统的三维（3D）卤化物钙钛矿太阳能电池材料相比，二维Ruddlesden–Popper（2DRP）层状钙钛矿因其提高的耐湿性、优异光稳定性和热稳定性、超低的自掺杂行为和显著降低的离子迁移效应而成为钙钛矿太阳能电池（PSC）的研究热点。2DRP层状钙钛矿稳定性来源于表面有机胺分子的保护作用、低维下钙钛矿容忍因子的有效调控以及由有机胺分子间弱的范德华力和氢键作用主导的层间相互作用。但氢键和范德华力作用力较弱，层状钙钛矿骨架稳定性提升受限，同时，弱相互作用限制了2DRP层状钙钛矿的自组装以及跨层间的电荷传输，从而影响钙钛矿活性层的薄膜质量及光生载流子的分离与传输特性。对层间相互作用的调控研究有望增强2DRP钙钛矿薄膜的稳定性，同时提升2DRP层状钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

今天，南京工业大学先进材料研究院黄维院士团队、陈永华教授和吉林大学集成光电子国家重点实验室&材料科学与工程学院张立军教授，在Nature Photonics发表题为“Efficient and stable Ruddlesden–Popper perovskite solar cell with tailored interlayer molecular interaction” 的研究论文，实验研究和理论模拟相结合，通过创新性地引入一种含S原子的有机胺，通过S元素之间的相互作用实现层间相互作用有效调控，探究了其对2DRP层状钙钛矿薄膜结晶动力学、稳定性、以及电荷传输特性的影响规律，构建了高效稳定的2DRP层状钙钛矿太阳能电池。

该研究首次报道了通过层间相互作用调控构建高效稳定的2DRP层状钙钛矿太阳能电池。由于S-S相互作用引起的层间相互作用，强烈面外优先生长的2DRP层状钙钛矿薄膜可实现低的缺陷态密度和有效的层间电荷传输，从而提升了太阳能电池的光电转换效率。此外，增强的层间分子相互作用，使得2DRP层状钙钛矿太阳能电池的稳定性显著提高。通过选择有机胺分子制备2DRP层状钙钛矿，实现层间相互作用调控为构建高效且稳定的二维层状钙钛矿太阳能电池提供了一个新思路。

合作团队的任慧（南京工业大学，硕士研究生）、虞士栋（吉林大学，本科生）和晁凌锋（南京工业大学，硕士研究生）为论文的共同第一作者。文章链接：https://www.nature.com/articles/s41566-019-0572-6, DOI: 10.1038/s41566-019-0572-6。

本工作得到了科技部纳米科技重点专项钙钛矿太阳电池的基础研究、国家自然科学基金委、中组部重要人才计划青年项目、江苏省特聘教授等基金的资助。

作者：先进材料研究院；审核：王建浦 

【作者简介】

黄维，中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、亚太材料科学院院士、东盟工程与技术科学院外籍院士、巴基斯坦科学院外籍院士。教授、博导，有机电子、塑料电子、印刷电子、生物电子及柔性电子学家。国家“杰出青年科学基金”获得者，国家特聘专家，“973”项目首席科学家。俄罗斯科学院名誉博士、英国谢菲尔德大学名誉博士，英国皇家化学会会士、美国光学学会会士、国际光学工程学会会士。兼任亚太地区工程组织联合会（FEIAP）主席，中国科学技术协会常委、江苏省科学技术协会副主席，中国化学会副理事长、中国化工学会副理事长、中国电子学会副理事长和中国管理学会副会长等职。曾两次获得国家自然科学奖二等奖、三次获得高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学奖一等奖，以及何梁何利基金“科学与技术进步奖”等，成果入围中国“高等学校十大科技进展”。黄维院士在柔性电子学、特别是有机电子学等领域取得了大量系统性、创新性的研究成果，以主要作者身份在Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Nature Electronics、Nature Communications等国际主流学术期刊发表研究论文760余篇，h因子为127、同行引用逾78000余次，是材料科学与化学领域全球高被引学者，在SciVal（全球顶级科技论文数据库）材料学科以及OLED、Solar Cell和Conjugated Polymer领域论文发表方面排名全球第一，获授权美国、新加坡和中国等国发明专利360余项，出版了《有机电子学》《生物光电子学》《有机薄膜晶体管材料器件和应用》《OLED显示技术》等学术专著。

陈永华，南京工业大学先进材料研究院，教授、博士生导师。先后入选国家重要人才计划（2017）、江苏省特聘教授（2016）、江苏省六大人才高峰计划（2018）。2011年博士毕业于中国科学院长春应用化学研究所，2011-2015先后在美国维克森林大学和凯斯西储大学从事博士后研究工作。长期围绕柔性有机光电子材料与器件的关键科学问题，开展高效稳定光电器件的研究工作。近年来，在柔性有机光电子材料与器件领域发表论文80余篇，包括Chem. Soc. Rev. (1)、Nat. Photon. (1)、Nat. Commun. (1)、Chem (1)、Adv. Mater. (8)、Light: Sci. & Appl. (2)、Nano Lett. (1)、Angew. Chem. (1)等，他引3000余次，h因子30。拥有授权中国专利8项、美国专利1项。撰写英文专著“Organic Semiconductor Heterojunctions and its Application in Organic Light-Emitting Diodes”(Springer Nature)一部和专著章节“White OLED Materials”in “Handbook of Advanced Lighting Technology”(Springer Nature)。主持多项国家自然科学基金项目、参与国家重点基础研究发展计划项目。

张立军，吉林大学材料科学与工程学院教授，先后入选国家重要人才计划（2014）和基金委“优青”（2017），获中国材料研究学会计算材料学分会“计算材料学青年奖”（2018）、吉林省青年科技奖—特等奖（2019）。于2003年毕业于东北师范大学，2008年在吉林大学获理学博士，2008－2014年先后到美国橡树岭国家实验室、美国国家可再生能源实验室、美国科罗拉多大学波尔得分校任博士后研究员、研究助理教授。长期围绕半导体光电功能材料，基于电子结构计算方法，开展材料能带结构调控及新材料设计研究。迄今共发表SCI论文100余篇，所有论文共被引用近5200次，H因子值为38（Google Scholar统计）。自2014年回国入职以来，作为第一/通讯作者发表论文50余篇，包括Nat. Rev. Mater. 1篇、Nat. Photonics 1篇、Nat. Commun. 5篇、Phys. Rev. Lett. 1篇、Nano Lett. 3篇、J. Am. Chem. Soc. 5篇、Adv. Funct. Mater. 2篇。在包括美国材料研究学会春季会议、欧洲材料研究学会春季会议在内的国际/国内会议上做特邀报告50余次；担任科技部重点研发计划课题负责人，《Nano Research》、《半导体学报》、《中国光学》期刊编委，Nature等期刊审稿人。