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圖文導讀

近期，蘇州大學李永舫院士團隊在鈣鈦礦太陽能電池領域再創佳績，連續發表兩篇重量級論文于國際頂尖期刊《Nature》！這是該團隊在光電轉換材料與器件研究領域取得的重要突破，標志著鈣鈦礦材料在高效穩定的太陽能電池開發方面邁出了重要一步。

兩篇文章分別聚焦鈣鈦礦/有機串聯太陽能電池和鈣鈦礦太陽能電池在晝夜循環條件下的性能優化問題。研究顯示，通過開發新型表面鈍化劑和應變調控技術，團隊成功提升了鈣鈦礦電池的光電轉換效率，并大幅延長了其使用壽命。這一系列成果不僅為鈣鈦礦太陽能電池的性能提升提供了全新思路，也為其未來的商業化應用奠定了堅實基礎。連續兩篇《Nature》的發表，不僅展示了李永舫院士團隊在鈣鈦礦領域的卓越科研實力，也引發了學術界的廣泛關注。

近年來，鈣鈦礦在單片串聯太陽能電池（TSC）中的應用日益廣泛，旨在突破單結太陽能電池的Shockley-Queisser極限。鈣鈦礦/有機TSC由寬帶隙（WBG）鈣鈦礦太陽能電池（pero-SC）作為前電池和窄帶隙有機太陽能電池（OSC）作為后電池構成。由于其優異的穩定性和潛在的高功率轉換效率（PCE），這一組合受到了廣泛關注。然而，WBG鈣鈦礦SC通常比常規鈣鈦礦SC表現出更大的電壓損耗，從而限制了TSC的整體性能。鈣鈦礦/C60界面處的界面復合是其中的一個主要障礙，因此，開發有效的表面鈍化策略以提高鈣鈦礦/有機TSC的PCE成為了研究的關鍵。

為此，中國科學院化學所的李永舫院士、孟磊教授與德國波茨坦大學的Felix Lang教授合作，開發了一種全新的表面鈍化劑——環己烷-1,4-二碘化二銨（CyDAI₂）。該鈍化劑天然存在兩種異構體結構，銨基團分別位于環己烷環的同一側或相對側（即順式-CyDAI₂和反式-CyDAI₂），兩種異構體表現出截然不同的表面相互作用行為。研究表明，順式-CyDAI₂的鈍化處理有效降低了帶隙為1.88 eV的WBG鈣鈦礦的準費米能級分裂（QFLS）與開路電壓（Voc）之間的失配，使Voc提升至1.36 V。通過將順式-CyDAI₂處理后的鈣鈦礦與窄帶隙為1.24 eV的有機活性層結合，構建的單片鈣鈦礦/有機TSC的PCE達到了26.4%（認證效率為25.7%）。該研究成果以“Isomeric diammonium passivation for perovskite–organic tandem solar cells”為題，發表在最新一期《Nature》雜志上。

近年來，隨著硅太陽能電池的商業化經驗積累，最先進的穩定性測試標準（ISOS協議）已被廣泛采用。然而，雖然太陽能電池在實際使用中經歷晝夜交替，大多數加速老化測試仍然基于ISOS-L或ISOS-LC協議來預測其壽命。這種連續光照測試方法可能會低估鈣鈦礦太陽能電池（pero-SC）的壽命，因為在晝夜循環中，鈣鈦礦材料中的離子缺陷會引發“疲勞”效應，導致性能下降，但在經過一段時間的休息后性能可能會恢復。

此外，鈣鈦礦的軟晶格結構使其在晝夜循環的溫度變化下發生膨脹和收縮，這對其性能產生一定的影響。然而，先前的研究往往忽略了溫度變化的影響。最近的研究顯示，經過兩年的晝夜循環測試，與持續光照模式相比，鈣鈦礦太陽能電池的穩定性存在明顯差異。因此，迫切需要改進測試方法，以更好地理解自然循環與連續光照模式對電池壽命的不同影響。

為此，蘇州大學李永舫院士、李耀文教授、張曉宏教授與瑞典林雪平大學的高峰教授聯合開展了相關研究，重點比較了鈣鈦礦太陽能電池在連續光照模式和自然晝夜循環模式下的降解行為。研究發現，在晝夜循環模式下，電池的降解速度顯著加快。其主要原因是晝夜循環中的溫度波動導致晶格體積變化，進而引發晶格應變的累積，而在連續光照模式下，應變逐步釋放。晝夜循環模式下的晶格應變加速了深陷阱的形成，從而導致器件退化加劇。

為了解決這一問題，研究團隊設計了一種能夠與Pb2?離子強配位的苯基硒化合物，用以優化鈣鈦礦的晶體結構并穩定晶界。最終，該改良后的鈣鈦礦太陽能電池在認證測試中實現了26.3%的光電轉換效率。更重要的是，在晝夜循環模式下，經過優化的器件T80壽命延長了10倍，接近連續光照模式下的壽命值。這項研究表明，通過有效調節晶格應變，可以大幅提高鈣鈦礦太陽能電池在自然循環條件下的壽命。

此外，該研究還突出了為鈣鈦礦太陽能電池制定更符合實際使用條件的加速老化測試協議的重要性，為推動鈣鈦礦電池的商業化提供了有力支撐。該研究以“Strain regulation retards natural operation decay of perovskite solar cells”為題，發表在《Nature》雜志上，Yunxiu Shen、Tiankai Zhang和Guiying Xu為共同第一作者。

總結展望

綜上所述，蘇州大學李永舫院士團隊再次引領鈣鈦礦太陽能電池（pero-SC）領域，連續發表兩篇重磅論文于《Nature》，展示了其在鈣鈦礦穩定性與效率提升上的突破性進展。第一篇文章揭示了在晝夜循環下鈣鈦礦電池的獨特退化機制，強調了溫度波動引發的晶格應變對電池性能的影響。通過引入強配位的苯基硒化合物，團隊成功延長了電池壽命，使其光電轉換效率達到26.3%。第二篇研究中，團隊創新開發了一種新型表面鈍化策略，大幅提升鈣鈦礦/有機串聯太陽能電池的功率轉換效率，達到了26.4%。這兩項突破展示了鈣鈦礦電池商業化的巨大潛力，開辟了未來清潔能源的廣闊前景。

文獻信息

1. Jiang, X., Qin, S., Meng, L. et al. Isomeric diammonium passivation for perovskite–organic tandem solar cells. Nature (2024).?

2. Shen, Y., Zhang, T., Xu, G. et al. Strain regulation retards natural operation decay of perovskite solar cells. Nature (2024).?

勵志故事

李永舫，1948年8月10日出生于重慶市，高分子化學家，中國科學院院士，中國科學院化學研究所研究員，蘇州大學材料與化學化工學部特聘教授、博士生導師。

李永舫于1977年考入華東化工學院抗菌素專業；1979年經學校推薦提前考取該校物理化學專業研究生；1982年獲得華東化工學院碩士學位；1986年獲得復旦大學博士學位，之后進入中國科學院化學研究所從事博士后研究工作；1988年博士后出站后留所工作；1988年至1991年到日本文部省分子科學研究所進行訪問研究；1993年晉升研究員；1996年被評為博士生導師；1997年至1998年到美國加利福尼亞大學圣塔芭芭拉分校進行訪問研究；1998年擔任有機固體院重點實驗室學術委員會副主任；2012年從中國科學院化學研究所退休，被蘇州大學材料與化學化工學部聘為特聘教授；2013年當選為中國科學院院士。

29歲上大學

李永舫的成長經歷并不輕松，從小在農村長大，29歲才考上大學。之后，憑著?“天道酬勤”的信念，他以堅強的意志走出了一條屬于自己的科研道路。如今，古稀之年的李永舫仍然撲在教學、科研的第一線，每周都去實驗室參與科研，期盼著能讓陽光成為綠色能源真正走進千家萬戶。更令人感動的是，他還堅持給每一屆中國科學院大學的本科生上《化學原理》基礎課。李永舫說，這些孩子們是國家未來科技振興的希望。

農藥廠的“叔叔”考上了大學

李永舫生于1948年。對于名字中的“舫”字，他說還有一段淵源。自己出生時，父親正從南京前往川渝地區公干，隨同前往的母親臨產，他就降生在四川渠江上的一條船里?！昂髞砥鹈郑蛯ｉT帶了一個‘舟’偏旁，以示紀念?！崩钣吏痴f。

童年的李永舫跟隨父親回到了河南睢縣老家，成為了農家子弟。他很聰明，從小學、初中到高中，學習成績在學校一直名列前茅。當時，李永舫的夢想就是考上清華大學。但是，1966年高中畢業時，他卻在“文革”的大潮中失去了高考的機會。1968年，李永舫回到農村做農民。兩年后，一個偶然的機會，他來到縣城的微生物農藥廠當上了化驗員。“想上大學，但是沒辦法，有時候廠里來大學生實習，不管是哪個學校的，我都非常羨慕?！崩钣吏痴f。

一晃到了1977年，29歲的李永舫業已成家，有了孩子。就在這一年，中斷已久的高考重新恢復。得知消息的李永舫第一時間報了名。那一年，他和全國570多萬考生一起走進了考場。雖然高中畢業已11年，但李永舫的知識積累并沒有減少，加上充分的備考，最后四門科目總分超過350分，其中，數學考了99分、理化考了94分。就這樣，他被當時的華東化工學院錄取。

1978年2月，29歲的李永舫辭去了微生物農藥廠的工作，告別父母和自己農村家里的妻兒，懷揣錄取通知書登上了商丘開往上海的火車。這趟開往大學的“列車”遲到了11年半，也從此指引他走上了學術研究的道路。

年齡差異巨大是那屆大學生的普遍特點。李永舫笑道，他們班既有他這樣的“叔叔”，也有1960年出生，當時才18歲的小姑娘、小伙子，“同宿舍的6位同學里就數我年齡最大?！?/span>

八年時間完成本碩博“三級跳”

在大學里，李永舫攻讀的是抗菌素專業。他坦言，自己最喜歡的是數學和物理。之所以第一志愿報考這個專業，與上大學前自己在微生物農藥廠化驗室的工作有很大關系，希望自己的工作經歷能夠增加被抗菌素專業錄取的可能性。

象牙塔的學術世界向李永舫打開了全新的大門，他如饑似渴地學習，彌補已經錯失的11年學習時光。不論嚴寒酷暑，李永舫堅持每天早晨4點起床，夜里10點就寢。當時的上海是全中國最洋氣的城市，但是從農村出來的李永舫入學一年半，從沒到市區玩過一次。

1979年，憑借優異的學習成績，李永舫入學僅一年半就提前轉入該?；瘜W系物理化學專業攻讀研究生。1982年，與他同屆入學的本科同學年初大學畢業，而李永舫卻在當年秋季獲得碩士學位。研究生畢業后，李永舫來到復旦大學化學系繼續深造，并在1986年取得了博士學位。

8年時間完成本碩博連讀，這幾乎是不可能完成的任務?？墒牵钣吏匙龅搅恕囊晃磺f稼漢到一位科研學者，他完成了蛻變。用李永舫的話說，這靠的是天道酬勤。

1986年，李永舫進入中科院化學所，跟隨錢人元先生進行導電聚合物電化學方面的博士后研究。1988年，他留在化學所工作。在此后的30年間，李永舫一直致力于共軛高分子和聚合物太陽能電池光伏材料和器件的研究，并取得了豐碩的成果。從學至今，他先后發表SCI科研論文700多篇，絕對屬于高產學者。2013年，李永舫成為中國科學院院士。

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