王照奎等Science:钙钛矿太阳能电池表面钝化机制研究中取得的重要成果

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由苏州大学功能纳米与软物质研究院（FUNSOM）王照奎教授、西湖大学和美国加利福尼亚大学洛杉矶分校（UCLA）杨阳教授课题组合作撰写的论文在《Science》杂志上发表。这是FUNSOM作为通讯单位第二次在《Science》这一国际顶级学术期刊上发表论文。

       该论文主要介绍了王照奎教授与杨阳教授课题组合作在钙钛矿太阳能电池表面钝化机制研究中取得的重要成果。钛矿表面钝化机制研究及钝化分子的构型设计是进一步提高钙钛矿太阳能电池光电转换效率的有效途径，该研究发现当钝化分子中N-H和C=O处于最佳构型时，N-H和I（碘）之间的氢键形成有助于C=O与Pb缺陷结合，从而使得钙钛矿表面缺陷的钝化效果达到最大化，为钙钛矿太阳能电池表面钝化的分子构型设计指引了方向。
近年来，金属卤化物钙钛矿材料在太阳能电池领域引起了广泛的关注。钙钛矿表面缺陷态的形成会导致载流子的非辐射复合从而限制其光电转换效率。考虑到卤化物钙钛矿材料离子键合的本性，分子修饰成为钝化其表面缺陷的一个重要途径和手段。目前很多含有可以与钙钛矿缺陷结合的官能团的分子被陆续报道，例如羰基等路易斯碱。然而，含有这些有效官能团的分子不计其数，深入系统研究的缺乏使得合理的分子设计从而最大化缺陷钝化的能力仍是一个挑战。
       在此次发表的论文中，该国际合作团队通过巧妙地利用一组刚性分子，茶碱、咖啡因和可可碱，系统研究了分子中N-H和C=O的协同作用对钝化钙钛矿缺陷的影响。作者发现，分子中的N-H可以与钙钛矿表面的碘形成氢键从而辅助C=O的缺陷钝化能力，而只有当N-H与C=O形成合适构型的时候，该效应才有利于与缺陷形成最强作用力，从而最大化其缺陷钝化能力。当分子中缺失N-H或者N-H在一个不合适位点上，都会弱化缺陷钝化或更有甚者引入更多的晶格畸变。基于最优势分子构造的茶碱修饰的钙钛矿太阳能电池最终表现出最佳的光电转换效率高达23.48%，电池工作稳定性能提高到500小时。总之，该工作系统研究了钙钛矿太阳能电池表面钝化效果对钝化分子构型的要求，在深入理解表面钝化及缺陷态抑制机制的基础上，设计了表面分子钝化的新策略，并获得了 23.48%的光电转换效率，对进一步发展钝化策略及提高器件效率和稳定性具有重要的借鉴意义。
       文章链接：https://science.sciencemag.org/content/366/6472/1509.abstract


       王照奎，苏州大学光能纳米与软物质研究院副教授。2007年10月获日本文部省、文部科学省国费奖学金。赴日本富山大学，师从日本有机光电材料与器件领域两位知名教授攻读博士学位。博士二年级时获得2009年度中国国家优秀自费留学生奖学金。2011年3月，获富山大学工学博士学位。博士毕业时获富山大学校长奖，并获第一届日本学术振兴会奖项提名。2011年4月至2012年2月，在日本富山大学有机光电材料与器件研究室从事博士后研究，2012年2月起在苏州大学功能纳米与软物质研究院从事科研和教学工作。博士以来，主要从事有机光电器件包括OLED、OSC以及OTXT的研究，主要集中于器件制备、结构优化以及物理机制方面的研究。到目前为止，在有机光电器件与物性研究领域以第一或通讯作者在多种知名期刊上发表论文三十余篇。
       杨阳教授现任美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）材料科学与工程学院的卡罗尔和劳伦斯•Tannas Jr.讲座教授。主要研究方向是太阳能及高效能电子器件。已在Science, Nature, Nature Materials, Nature Communication, Nature Photonics, Nature Nanotechnology, Science Advance, Angewandte Chemie International Edition, Journal of American Chemical Society, Energy and Environmental Science, Physical Review Letters等国际著名刊物发表三百余篇论著, 获得24项授权专利。2017年初，H指数在达到132（引用超过80000次）。在有机光伏（OPV）, 可溶液加工石墨烯和CIGS/CZTS/perovskite太阳能电池等领域做出了杰出的贡献。曾获台湾成功大学杰出校友奖，南加州华美工程师与科学家协会（CESASC）的杰出成就奖，IEEE光伏专家和IEEE半导体研究协会发明奖和美国科学基金会年轻成就奖（NSF Career Award）等奖励，并被选为美国物理学会会士（APS），美国材料研究学会会士（MRS），英国皇家化学学会会士（FRSC），美国电磁学学院会士和国际光电子学会会士（SPIE）。杨教授还被汤森路透（Thomason Reuters）选为“世界上最具影响力的科学家”（全球只有19位科学家被选中）; 他同时也是材料科学与化学类别高度引用的教授（2013-2017年）。2010年他被“科学观察”选为热门研究人员（仅选出了全球11名科学家，包括两位理工科得主-杨教授和Andre Geim (2010年诺贝尔物理学奖获得者) 以及其余九位生物医学得主）。