中国半导体十大研究进展候选推荐（2020-003）——层间相互作用调控构建高效稳定层状钙钛矿太阳能电池

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工作简介

         ——层间相互作用调控构建高效稳定层状钙钛矿太阳能电池

与三维卤化物钙钛矿半导体相比，二维Ruddlesden–Popper层状钙钛矿半导体因其提高的耐湿性、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的研究热点。二维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，弱相互作用限制了二维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二维层状钙钛矿薄膜的稳定性，同时提升二维层状钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

西北工业大学柔性电子研究院黄维院士、南京工业大学先进材料研究院陈永华教授和吉林大学集成光电子国家重点实验室/材料学院张立军教授，通过实验合成表征与理论模拟紧密结合，首次报道了通过层间相互作用调控构建高效稳定的二维层状钙钛矿太阳能电池。合作团队通过创新性地引入一种含硫原子的有机胺，实现层间相互作用有效调控，强烈面外优先生长的二维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。同时，增强的层间分子相互作用，使得二维层状钙钛矿太阳能电池的稳定性显著提高。研究构建了效率高达18.06％、高稳定性的钙钛矿太阳能电池，为二维钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性进一步提升提供了新思路。

通过引入含S原子的有机胺实现二维层状钙钛矿半导体的层间相互作用有效调控，提升材料稳定性同时增强层间光生载流子传输

相关研究成果于2020年1月13日以“Efficient and stable Ruddlesden–Popper perovskite solar cell with tailored interlayer molecular interaction”为题发表于Nature Photonics 14, 154 (2020)。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。黄维院士、陈永华教授和张立军教授为论文的共同通讯作者。

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主要作者简介

通讯作者
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。

黄维院士是国家高层次人才计划特聘专家。亚太地区工程组织联合会（FEIAP）主席，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。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，以第一或通讯作者身份在Nature、Science、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Nature Chemistry、Nature Electronics、Nature Communications等国际主流SCI学术期刊发表研究论文760余篇，h因子为131，国际同行引用逾80000次，是材料科学与化学领域全球高被引学者。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》《有机光电子材料在生物医学中的应用》《OLED显示技术》等学术专著。

 通讯作者陈永华，南京工业大学先进材料研究院，教授、博士生导师。国家高层次人才计划入选者（2017）。陈永华教授本科毕业于内蒙古大学，2011年中国科学院长春应用化学研究所获理学博士学位，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。 陈永华教授长期围绕有机及钙钛矿光电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，在有机及钙钛矿光电材料与器件领域发表论文90余篇，他引3000余次，h因子31。近5年，以第一/通讯作者发表论文40余篇，包括Nat. Photonics (1)、Chem. Soc. Rev. (1)、Nat. Commun. (1)、Chem (1)、Adv. Mater. (4)、Light: Sci. & Appl. (1)、Nano Lett. (1)、Angew. Chem. (1)等，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)。主持多项国家及省部级基金项目。通讯作者张立军，吉林大学集成光电子国家重点实验室/材料学院教授，国家高层次人才计划入选者（2014）、基金委优秀青年基金获得者（2017）。张立军教授本科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。 张立军教授长期以半导体光电材料物理性质的优化提升为目标，以基于第一性原理计算的半导体模拟为手段，研发具有自主知识产权的材料设计方法软件，开展半导体光电材料优化设计与能带调控研究。
迄今共发表SCI论文120余篇，所有论文共被引用5700余次，h因子值42。自2014年回国入职以来，作为第一/通讯作者在Nat. Rev. Mater. (1), Nat. Photonics (1), Nat. Commun. (5), Nano Lett./ACS Nano (5), Adv. Funct. Mater. (2), J. Am. Chem. Soc. (5)等SCI期刊上发表论文50余篇。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）。担任科技部重点研发计划课题负责人，Nano Research期刊“Young Star Editor”、Wiley出版集团Nano Select新期刊Associate Editor、《半导体学报》及《中国光学》期刊编委，Nature等期刊审稿人。

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原文传递

详情请点击论文链接: https://www.nature.com/articles/s41566-019-0572-6

《半导体学报》简介：

《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文月刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。

2016年，JOS被ESCI收录。

2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。

“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：

《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：[e-mail]，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。

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