两所“双一流”，发Science！

2023-04-17

5164

华中科技大学

衡量太阳能电池性能的关键，在于效率和寿命。

金属卤化物钙钛矿太阳能电池由于其低成本、高光电转化效率等优势，被誉为光伏领域中的颠覆性技术。目前，钙钛矿太阳能电池的认证效率已经达到了25.7%，可以与晶硅电池相媲美。然而，制备出满足于商业化要求的高效、长寿命钙钛矿太阳能组件仍然面临着巨大挑战。其中，钙钛矿太阳能电池中光活性层、空穴传输层及关键表界面的物化特性和电学性能是影响器件性能的核心因素。

华中科技大学武汉光电国家研究中心牵头并联合瑞士洛桑联邦理工学院、加拿大多伦多大学和武汉理工大学采用分子工程策略设计了多系列功能分子，系统研究了钙钛矿太阳能电池中光吸收层、空穴传输层及器件关键表界面的光电性能退化机制，有效增强了上述核心功能层及界面的电学性能和稳定性，显著提升了钙钛矿电池的光电转化效率和工作寿命，为推动钙钛矿太阳能电池这一颠覆性光伏技术的产业化提供了重大技术支撑。

相关成果于今年一季度陆续刊登于《科学》Science、《自然·能源》Nature Energy等国际顶级学术期刊。

华中科技大学武汉光电国家研究中心联合洛桑联邦联工学院在钙钛矿吸光层和空穴传输层性能改性方面取得了重要突破。研究人员设计了膦酸功能化富勒烯衍生物（CPPA）并作为钙钛矿多晶薄膜的晶界调控分子，该分子可通过氢键、配位键和富勒烯-碘等多种超分子相互作用模式，有效地钝化了卤化铅钙钛矿薄膜的多样化缺陷；通过低温冷冻电子透射瞬态光电谱等先进测试手段，研究人员发现，位于晶界处的非晶态CPPA有利于薄膜中晶体应力的释放，可有效抑制钙钛矿的分解和PbI2的生成，提高了晶体质量，从而实现了钙钛矿薄膜在光、热、湿和氧等环境老化条件下稳定性的全面提升。

空穴传输材料的载流子传输性能及掺杂离子的扩散过程会显著影响钙钛矿器件的光电转换效率及工作稳定性。鉴于此，研究人员设计了一种具有氧化还原活性的自由基聚合物聚(氧化铵盐)（PPO-TEMPO）类氧化还原电对，它可以通过化学氧化的方式高效地对空穴传输材料进行p型掺杂，有效地优化了空穴传输材料的费米能级和电导率；此外，Li+/PPO-TEMPO自由基间的自由基-金属相互作用也可以显著抑制锂离子在空穴传输材料中迁移和聚集，提高了空穴传输层的微纳形貌和电学性能的稳定性。最终，团队所制备的1cm2器件和钙钛矿迷你模组的光电转换效率分别达到了23.5%和21.4%，达到了国际领先水平。经过3265h的连续光照老化测试之后，电池性能仍能保持初始效率的95.5%，实现了钙钛矿光伏器件使役条件下稳定性的突破。

研究成果于1月发表于Science，尤帅博士、曾海鹏博士、刘宇航教授和韩斌博士为共同第一作者，华中科技大学武汉光电国家研究中心李雄教授、荣耀光副教授和瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授为通讯作者。

南京信息工程大学

近年来，全球范围内的干旱事件频发，这其中，有一类发展迅速、预见期短、强度大、破坏性强的干旱——“骤旱”也愈加频繁与强烈。骤旱是否会成为一种新常态？又是由何种原因导致的？科学家们给出了答案。

4月14日，南京信息工程大学水文与水资源工程学院袁星教授团队在《科学》杂志刊发研究长文，题为“A global transition to flash droughts under climate change”，研究指出在过去64年中，全球干旱正在经历由缓旱向骤旱的转变，而这种转变与人类活动引起的气候变化显著相关。未来，迅速爆发的骤旱将成为全球增暖背景下干旱的“新常态”，该文章被选为同期亮点成果。