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鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的使用要求提高對高溫和溫度變化的耐受性。空穴選擇性自組裝單分子膜（SAMs）的制備使倒置PSC的性能有了很大的提高，但由于脫附和弱界面接觸，其溫度穩(wěn)定性受到影響。

2025年1月6日，西安交通大學劉宇航教授、馬偉教授、瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學Michael Gr?tzel教授、華中科技大學李雄教授、尤帥博士在Nature Energy上發(fā)表題為《Self-assembled bilayer for perovskite solar cells with improved tolerance against thermal stresses》的研究論文。Bitao Dong、Mingyang Wei、Yuheng Li、Yingguo Yang為論文共同第一作者，劉宇航教授、馬偉教授、Michael Gr?tzel教授、李雄教授、尤帥博士為論文共同通訊作者。

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劉宇航，西安交通大學教授，2013本科畢業(yè)于鄭州大學，2017年博士畢業(yè)于香港科技大學（導師：顏河教授）。2017年-2023年在瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學從事博士后研究（合作導師：Michael Gr?tzel院士）。2023年加入西安交通大學。近年來主要聚焦鈣鈦礦及有機/無機雜化光電半導體材料與器件研發(fā)。

馬偉，西安交通大學教授、博士生導師，從華南理工大學本科畢業(yè)后，馬偉先后在法國薩瓦大學、法國巴黎第六大學獲得碩士和博士學位，之后在法國巴黎高等師范學院和美國北卡州立大學從事博士后研究。2014年-2015年擔任香港科技大學助理教授，2015年至今擔任西安交通大學教授。

其主要研究方向包括：有機光電子材料（太陽能電池）；柔性電子器件、人工智能器件、生物傳感器件等復合器件；同步輻射及中子技術發(fā)展（共振軟X射線散射）。

Michael Gr?tzel，國際著名化學家，歐洲科學院院士（2012），德國科學院院士（2014），西班牙皇家工程院院士（2016），美國發(fā)明家科學院院士（2016），瑞士工程院院士（2019），英國皇家化學會榮譽會士，中國科學院外籍院士（2021）。

Michael Gr?tzel1968年碩士畢業(yè)于柏林自由大學，1971年獲得柏林工業(yè)大學博士學位；1975年-1976年任柏林自由大學講師；1977年起任教于瑞士洛桑理工學院；1977年-1981年任洛桑理工學院副教授；1981年起任洛桑理工學院教授、界面與光子學實驗室主任。

Michael Gr?tzel主要從事染料敏化太陽能電池、鈣鈦礦太陽能電池和太陽燃料的創(chuàng)新研究并取得卓越成就，被譽為“染料敏化太陽能電池之父”。

李雄，華中科技大學教授，博士生導師，1999年-2003年本科、碩士就讀于青島科技大學，2008年博士畢業(yè)于武漢大學，2013-2017年在瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學（EPFL）從事博士后研究（合作導師：Michael Gr?tzel院士）。2017年回國后，擔任華中科技大學教授。

其主要研究方向包括：鈣鈦礦材料與發(fā)光器件，鈣鈦礦材料與光伏器件，光電材料與器件。

尤帥，美國國家可再生能源實驗室博士后，博士畢業(yè)于華中科技大學，博士期間在瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學Michael Gr?tzel教授（染料敏化太陽能電池之父，中國科學院外籍院士）課題組交流。近幾年一直專注于鈣鈦礦太陽能電池新材料開發(fā)與器件性能研究，先后在Advanced Materials（2篇ESI高被引）,?Journal of Materials Chemistry A等學術期刊上發(fā)表論文10余篇。

在本文中，作者通過共價連接一個磷酸自組裝單層（SAM）與一個三苯胺上層，開發(fā)了一種自組裝雙分子層結構。這個通過傅-克烷基化反應形成的聚合物網(wǎng)絡體系，具有顯著的耐高溫及熱沖擊穩(wěn)定性。同時，表面取向的上層顯示出與鈣鈦礦的粘附接觸，導致粘附能比SAM–鈣鈦礦界面提高1.7倍。作者報告了倒置PSC的光電轉換效率超過26%。冠軍設備在2000小時的濕熱暴露（85°C和85%相對濕度）及-40°C和85°C之間超過1200次熱循環(huán)后，效率損失分別小于4%和3%，滿足國際電工委員會61215:2021標準中概述的溫度穩(wěn)定性標準。

圖1：SAB的建造和結構

圖2：SAB的溫度穩(wěn)定性

圖3：鈣鈦礦—分子接觸界面特性

圖4：光伏性能與穩(wěn)定性

這項研究成功開發(fā)了一種新型的自組裝雙層結構，顯著提高了鈣鈦礦太陽能電池的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性，實現(xiàn)了超過26%的光電轉換效率，并在嚴苛的環(huán)境條件下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性。這一成果為鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化應用提供了重要的技術支撐，并為未來進一步提高其性能和穩(wěn)定性奠定了基礎。

Dong, B., Wei, M., Li, Y. et al. Self-assembled bilayer for perovskite solar cells with improved tolerance against thermal stresses.?Nat Energy?(2025).?

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