中国半导体十大研究进展候选推荐（2022-016）——高效全钙钛矿叠层太阳能电池中吸光层结晶动力学调控研究

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工作简介

         ——高效全钙钛矿叠层太阳能电池中吸光层结晶动力学调控研究

苏州大学光电科学与工程学院王长擂-李孝峰团队联合四川大学赵德威教授团队和瑞士联邦材料科学与技术研究所（EMPA）付帆在钙钛矿材料的结晶研究方面取得重要进展，获得高性能叠层电池，相关成果发表在Nature Energy上。

发展清洁低成本的太阳能光伏器件，是实现国家“双碳”战略目标的重要途径与技术保障。钙钛矿太阳能电池具有高效率、低成本等优势，能量转换效率屡创新高。由于单结太阳能电池的光电转换效率受限于肖克利-奎伊瑟效率极限，因此，构建基于钙钛矿材料的叠层太阳能电池，突破单结光伏器件的效率极限，是促进钙钛矿光伏效率提升的有效途径。全钙钛矿叠层太阳能电池包含带隙匹配的吸光材料，由于不同组分钙钛矿薄膜的生长机制不一样，尚无有效的方法可同时实现宽、窄带隙钙钛矿薄膜的高质量结晶调控。因此，发展普适的钙钛矿薄膜结晶调控方法，对制备高质量宽带隙和窄带隙薄膜，实现高性能单结和多结叠层钙钛矿太阳能电池具有重要意义。

借鉴多晶薄膜和单晶片体的生长方式，研究团队开发了一种普适性的限域退火方法用于制备高质量钙钛矿吸光层，该方法对于不同组分和带隙的钙钛矿均表现出良好的结晶提升效果。通过选用不同溶剂透气率的隔膜以及钙钛矿中间相薄膜的预加热时间，研究人员发现，采用限域退火方法时，钙钛矿湿膜中的残余溶剂含量十分重要，适量的络合溶剂可以兼顾薄膜形貌与结晶质量。其次，溶剂的横向挥发过程可以在限域空间里溶解原有晶界，促进小尺寸晶体之间的相互融合，形成了大尺寸晶粒，并且薄膜表面更加平整光滑，均一性更好。经过限域退火方法制备的钙钛矿薄膜晶粒尺寸增加、载流子寿命增长、缺陷态密度降低，进而有效抑制非辐射复合，最终获得了高效率单结宽带隙钙钛矿电池，助力实现了高效全钙钛矿四端和两端叠层太阳能电池，其效率均超过25%。此项工作为理解钙钛矿结晶过程的转化提供了巧妙的思路，并展示了该方法在叠层太阳能电池和大面积制备方面的潜力，为钙钛矿产业化提供了借鉴。

图1. (a) 三种不同加热退火方式示意图，分别是常规退火、溶剂退火和限域退火。(b, c, d) 表示三种不同退火方式所制备的窄带隙钙钛矿薄膜的表面形貌图，其中b为正常退火，c为溶剂退火所制备薄膜，d为限域退火所制备薄膜。e图表示限域退火方式下，钙钛矿薄膜的晶粒生长过程示意图。

苏州大学王长擂副教授为文章第一作者，李孝峰教授为通讯作者。文章的共同通讯作者为四川大学赵德威教授和EMPA付帆博士。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委项目、江苏省自然科学基金等项目的大力支持。

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作者简介

通讯作者

李孝峰，‍教授，博士生导师，教育部CJ学者，苏州大学副校长。

2002年获西南交通大学学士学位，2007年获西南交通大学博士学位。博士毕业后，在新加坡南洋理工大学和伦敦帝国理工学院工作5年。2012年1月来到苏州大学，2012年获国家高层次人才计划支持，2020年获教育部CJ学者，现任苏州大学党委常委、副校长，兼任光电科学与工程学院院长、苏州大学党委统战部副部长、数码激光成像与显示教育部工程研究中心主任、教育部现代光学技术重点实验室常务副主任。主要研究方向包括先进光电探测技术及应用、第三代高效太阳能电池的设计与制备、光电传感与检测等。承担来自科技部、国家自然科学基金委、教育部和江苏省等10余个国家和省部级课题。累计在Nature Energy、Advanced Materials、ACS Nano等光电子信息领域期刊发表论文近200篇，做邀请报告/担任分会场主席50余次，获2019年教育部自然科学二等奖、2019年度中国光学学会光学科技二等奖、2015年首届“江苏青年光学科技奖”等奖项。是IEEE、中国光学学会和中国密码学会高级会员，2016至2021年连续六年担任美国光学学会Applied Optics和IEEE Photonics Journal期刊副主编，现为中国光学学会《激光与光电子学进展》、中国光学工程学会《PhotoniX》等期刊编委。

通讯作者

赵德威，四川大学教授、博士生导师，四川省学术和技术带头人。

2011年在（新加坡）南洋理工大学获博士学位，先后在（美国）密歇根大学、佛罗里达大学、托莱多大学作为博士后和研究助理教授开展工作。团队关注钙钛矿材料合成生长及其在太阳能电池等光电器件中的应用，立足探索材料的独特特性和器件物理的深层工作机理，开发高效稳定器件，长期深耕窄带隙锡-铅（Sn-Pb）钙钛矿和全钙钛矿叠层太阳能电池研究，挖掘钙钛矿光伏大面积组件技术。累计在Nature Energy、Science、Joule等期刊发表论文130余篇，书章2节，其中15篇高被引论文，1篇热点论文，总引用12000多次，h因子57（谷歌学术），以第一作者或通讯作者身份（包含共同）发表论文包括Nature Energy（3篇）、Science、Joule（2篇）、Adv. Mater.（2篇）、J. Am. Chem. Soc.（1篇）、Adv. Energy Materials（3篇）等。曾入选国家高层次人才计划、四川省杰出青年科技人才、四川省青年人才引进计划。曾获中国国家留学基金委“国家优秀自费留学生奖学金”和德国教育科技部“绿色精英奖(Green Talent)”。

第一作者

王长擂，苏州大学副教授。

2018年博士毕业于武汉大学，师从赵兴中教授；2015-2018年，在美国托莱多大学鄢炎发教授课题组联合培养。2019年加入苏州大学光电科学与工程学院工作，任特聘副教授，硕士生导师。主要从事单结/叠层钙钛矿太阳能电池及光电探测研究，目前以第一/共一/通讯作者发表Nat. Energy（3篇）, Adv. Energy Mater.等期刊论文30余篇。

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原文传递

详情请点击论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41560-022-01076-9

《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。2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。2020年，JOS被EI收录。

“半语-益言”系列讲座

借一言半语，聊“核芯”科技，“半语-益言”直播讲座回放链接：https://www.koushare.com/periodical/periodicallist?ptid=5

2022年第三季直播讲座将以每月一次的频率进行，第三次直播讲座时间为9月7日（周三）晚19:30。

“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》于2020年初启动实施 “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。

JOSarXiv预发布平台简介：

半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。

JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！

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