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香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院Randi Azmi教授團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域發(fā)表綜述文章。論文以“Dimensionality engineering of perovskites for stable heterojunction-based photovoltaics”為題，發(fā)表于期刊Nature Reviews Materials。

文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41578-025-00847-6

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一、期刊介紹

Nature Reviews Materials是自然出版集團(tuán)在材料科學(xué)領(lǐng)域的旗艦綜述期刊，當(dāng)前期刊影響因子為86.2。通過(guò)僅接受約稿的嚴(yán)格同行評(píng)審流程，該期刊發(fā)表具有高影響力的綜述、觀(guān)點(diǎn)、路線(xiàn)圖及評(píng)論文章，這些成果持續(xù)塑造著研究議程與方法論。憑借其廣泛的跨學(xué)科覆蓋范圍及學(xué)術(shù)權(quán)威性，該期刊始終位列材料領(lǐng)域最具影響力的期刊前列，為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界提供研究趨勢(shì)與發(fā)展方向的可靠指南。

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二、概述

作為能源轉(zhuǎn)型與碳中和目標(biāo)的基石，太陽(yáng)能光伏技術(shù)憑借其清潔低碳特性、持續(xù)下降的成本以及與規(guī)?；圃煜嗉嫒莸奶攸c(diǎn)而備受矚目。在此背景下，異質(zhì)結(jié)通過(guò)能帶對(duì)齊工程、載流子復(fù)合抑制和耐久性增強(qiáng)提供了關(guān)鍵界面框架，直接決定了器件能否在長(zhǎng)期運(yùn)行期間維持高效率。

本綜述聚焦三維/低維（3D/LD）異質(zhì)結(jié)體系——即在三維鈣鈦礦表面構(gòu)建低維鈣鈦礦或鈣鈦礦衍生覆蓋層與外延層——系統(tǒng)梳理了界面不穩(wěn)定的起源，概述了可工程化的配體化學(xué)與成膜路徑，并詳述了長(zhǎng)期運(yùn)行穩(wěn)定性的評(píng)估方案與加速模型。我們提煉出四項(xiàng)核心設(shè)計(jì)規(guī)則：高pK_a值、多齒配位、相純且有序的低維層結(jié)構(gòu)，同時(shí)匯集了電池與組件在熱-光-濕多應(yīng)力耦合作用下壽命顯著延長(zhǎng)的實(shí)證。本文進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了從材料工藝到可靠性計(jì)量學(xué)的全鏈條整合路徑，為規(guī)模化應(yīng)用提供了清晰可實(shí)施的路線(xiàn)圖。

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三、研究背景

盡管三維鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率持續(xù)提升，其長(zhǎng)期穩(wěn)定性仍受限于固有失效路徑：表面與體相缺陷，離子遷移，以及二次相或相變。陷阱誘導(dǎo)的非輻射復(fù)合會(huì)降低開(kāi)路電壓和填充因子；電場(chǎng)、熱和光應(yīng)力驅(qū)動(dòng)鹵化物及小分子有機(jī)離子的遷移，從而加速界面反應(yīng)和電極腐蝕；濕熱與光照會(huì)促進(jìn)相分離和結(jié)構(gòu)重排，導(dǎo)致運(yùn)行過(guò)程中的性能衰減。

相比之下，低維（0D/1D/2D）鈣鈦礦展現(xiàn)出更強(qiáng)的相穩(wěn)定性和更好的環(huán)境、熱及光應(yīng)力耐受性，為延長(zhǎng)器件壽命提供了材料學(xué)途徑。因此在三維薄膜上構(gòu)建三維/低維（3D/LD）異質(zhì)結(jié)已成為主流策略。有序、相純的低維覆蓋層或外延層可鈍化缺陷、抑制離子遷移、優(yōu)化能帶對(duì)齊并緩沖環(huán)境應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)高效率與耐久性的協(xié)同提升。

需要特別指出的是，若配體錨定不充分或成膜控制不佳，會(huì)導(dǎo)致形成不配位、多相混合、取向無(wú)序或過(guò)厚的絕緣層，引發(fā)能級(jí)失配和額外傳輸阻抗，從而削弱穩(wěn)定性增益。因此，高可靠性三維/低維設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)先考慮強(qiáng)錨定配體、相純且取向可控的超薄連續(xù)低維層，以及可重復(fù)的工藝控制。

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四、研究?jī)?nèi)容

研究問(wèn)題

鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率已達(dá)到頂尖水平，但其運(yùn)行穩(wěn)定性因表面/體相缺陷、離子遷移及界面無(wú)序等問(wèn)題而滯后。構(gòu)建三維/低維異質(zhì)結(jié)可通過(guò)化學(xué)與靜電鈍化三維表面，并優(yōu)化與電荷傳輸層的能級(jí)對(duì)齊，從而減少界面復(fù)合。然而在實(shí)際操作中，低維覆蓋層往往形成多相混合、隨機(jī)取向及過(guò)量未結(jié)合配體的結(jié)構(gòu)，這會(huì)破壞能帶偏移、引入電阻勢(shì)壘并重啟非輻射復(fù)合通道。其結(jié)果是，除非低維層具備相純特性、定向排列且與三維骨架牢固鍵合，否則器件僅能有出色的初始性能，而后將迅速衰減。

圖1a：三維/低維器件結(jié)構(gòu)

圖1b：采用低維覆蓋層的能量轉(zhuǎn)換效率發(fā)展進(jìn)程

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設(shè)計(jì)原則：維度與能帶對(duì)齊

低維層（0維/1維/2維；Ruddlesden-Popper相、Dion-Jacobson相和交替陽(yáng)離子界面相）可通過(guò)三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的調(diào)控維度——取向（面內(nèi)與面外）、n值（量子阱厚度）以及層間鍵合——進(jìn)行定制，從而在保持鈍化效果的同時(shí)調(diào)控界面偶極和能帶偏移。Ruddlesden-Popper相使用兩個(gè)被范德瓦爾斯間隙分隔的單價(jià)間隔基；Dion-Jacobson相采用去除該間隙的二價(jià)間隔基；交替陽(yáng)離子界面相通常使用胍鹽離子，從而產(chǎn)生獨(dú)特的穩(wěn)定性-傳輸權(quán)衡特性。調(diào)節(jié)n值可改變導(dǎo)帶底/價(jià)帶頂和功函數(shù)以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)能帶對(duì)齊。在三維/低維界面實(shí)現(xiàn)II型能帶對(duì)齊對(duì)載流子分離和提取特別有效，但少數(shù)二維組分會(huì)將導(dǎo)帶底置于三維主體之下，因此需要額外的界面維度工程（尤其在電子選擇性接觸側(cè)）。面外傳輸通常受高阻性有機(jī)層限制，可通過(guò)縮短間隔基或使用二價(jià)間隔基、調(diào)控鍵合模式來(lái)緩解：較弱氫鍵可提升空穴傳輸，但可能降低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；而強(qiáng)弱混合氫鍵網(wǎng)絡(luò)或π共軛配體則能建立有助于載流子遷移的連續(xù)能帶。

晶體取向同樣關(guān)鍵：垂直生長(zhǎng)與較高維度有利于電荷傳輸，而平行取向可賦予更好的耐濕性。最優(yōu)設(shè)計(jì)需平衡傳輸性能與界面疏水性及離子遷移路徑。配體化學(xué)亦至關(guān)重要，較高pK_a值的多齒頭基（脒基、胍基、N-取代咪唑鎓）相比伯銨間隔基更能抵抗路易斯堿輔助的去質(zhì)子化，并抑制配體遷移，從而穩(wěn)定熱/光條件下的結(jié)界面。

最后，溶劑極性及給體數(shù)、配體濃度、溫和退火等工藝選擇決定了覆蓋均勻度并最小化未反應(yīng)有機(jī)物。異丙醇可部分溶解三維表面并殘留PbI₂作為低維層成核位點(diǎn)；二甲基亞砜共溶劑促進(jìn)配體擴(kuò)散，但易形成三維/低維混合相；乙腈或乙酸乙酯能改善結(jié)晶均勻性；氯仿通常需在三維墨水中添加過(guò)量PbI₂以形成低維層，否則存在游離配體殘留風(fēng)險(xiǎn)。

這些調(diào)控手段共同助力形成相純、超薄且優(yōu)先選擇面外取向的低維覆蓋層，其具備確定的n值，可實(shí)現(xiàn)低損耗垂直傳輸和穩(wěn)健鈍化，從而在不犧牲短路電流密度（J_SC）的前提下提升開(kāi)路電壓（V_OC）和填充因子（FF）。

圖2：低維組分工程與性能

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低維覆蓋層的形成機(jī)制及分布重要性

頂部接觸式低維覆蓋層是在將配體溶液旋涂至成型三維薄膜表面的過(guò)程中原位形成的：配體要么與A位陽(yáng)離子發(fā)生陽(yáng)離子交換，要么與表面殘留的PbI₂及其他雜質(zhì)相反應(yīng)（圖3a）。圖3b展示了生成0維、1維和2維產(chǎn)物的反應(yīng)路徑；0維結(jié)構(gòu)形成通常需要額外鹵源，因此許多研究轉(zhuǎn)而通過(guò)非極性溶劑沉積預(yù)合成的0維納米晶以避免損傷三維晶格。三維前驅(qū)體中約5%至15%的殘留PbI₂可在晶界和表面誘發(fā)1維/2維結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)，此時(shí)必須控制配體對(duì)PbI₂的選擇性以防止生長(zhǎng)不均。

最終形成的低維分布可能呈現(xiàn)平面均勻型（即在頂部表面連續(xù)覆蓋）或不連續(xù)滲透型（即不均勻且滲入晶界），該結(jié)果由配體反應(yīng)活性與分子尺寸、工藝選擇、A位組成及局部PbI₂分布共同決定（圖3b）。
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• 對(duì)三維晶格反應(yīng)活性較低或?qū)bI₂反應(yīng)活性較高的配體易形成不連續(xù)覆蓋層，而均勻的PbI₂預(yù)層或易與鈣鈦礦反應(yīng)的配體則有利于形成平面均勻覆蓋。

• 分子尺寸同樣關(guān)鍵。高反應(yīng)活性的小分子配體滲透更深，會(huì)形成滲透型、較高n值的分布；而具有適中反應(yīng)活性且與八面體骨架強(qiáng)耦合的大分子配體則停留在表面附近，促進(jìn)平面二維層形成。

• 溶劑選擇決定溶解與擴(kuò)散行為。例如，異丙醇可部分溶解三維表面并殘留PbI₂，促進(jìn)低維層形成；異丙醇與N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亞砜混合會(huì)驅(qū)動(dòng)部分溶解，并形成均勻性較差的三維/低維混合相；乙腈或乙酸乙酯有助于實(shí)現(xiàn)均勻的1維/2維結(jié)晶；氯仿對(duì)鈣鈦礦溶解度低，通常需在三維墨水中添加過(guò)量PbI₂以避免游離配體殘留。

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在100°C及以下溫度進(jìn)行數(shù)分鐘的中等強(qiáng)度退火可完成轉(zhuǎn)化、輔助取向選擇并去除弱結(jié)合有機(jī)物，而過(guò)度退火會(huì)破壞三維表面。這種分布至關(guān)重要，因?yàn)槠矫婢鶆蛐透采w層通過(guò)最小化串聯(lián)電阻和界面復(fù)合，通常比不連續(xù)型或滲透型覆蓋層具有更長(zhǎng)的運(yùn)行壽命。

圖3：三維/低維異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備方案

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傳統(tǒng)間隔基的失效原因（不穩(wěn)定性機(jī)制）

形成二維Ruddlesden–Popper相層的傳統(tǒng)單價(jià)銨類(lèi)間隔基失效的主要原因在于：其有機(jī)層僅通過(guò)弱范德瓦爾斯作用力結(jié)合，且與無(wú)機(jī)八面體骨架形成的氫鍵數(shù)量有限，這種結(jié)構(gòu)特性導(dǎo)致其在熱/光應(yīng)力下易發(fā)生配體遷移與結(jié)構(gòu)破壞（如圖4所示）。

一旦發(fā)生遷移，低pK_a值的銨基配體易被運(yùn)行環(huán)境中存在的路易斯堿（包括水汽、含氧物種及原位生成的三碘化物）去質(zhì)子化，產(chǎn)生沿晶界擴(kuò)散的中性胺分子。在光照與高溫條件下，界面氧化還原反應(yīng)進(jìn)一步加速損傷：碘化物被氧化成碘單質(zhì)，PbI₂與金屬鉛/碘分子發(fā)生相互轉(zhuǎn)化；新形成的胺分子還會(huì)與甲脒陽(yáng)離子反應(yīng)釋放NH₃，通過(guò)配位作用溶解三維骨架，同時(shí)將殘留PbI₂還原為金屬鉛并副產(chǎn)HI，產(chǎn)生空位缺陷，進(jìn)而促進(jìn)碘化物向陽(yáng)極遷移，最終引發(fā)災(zāi)難性失效。除這些本征路徑外，低維層形成過(guò)程中的動(dòng)力學(xué)差異會(huì)導(dǎo)致過(guò)量未結(jié)合有機(jī)物和不可控混合相，引發(fā)界面能失配、結(jié)構(gòu)無(wú)序及長(zhǎng)期化學(xué)不穩(wěn)定性；即使采用溶劑清洗也無(wú)法完全去除這些物質(zhì)，甚至可能引發(fā)二次溶解，加劇穩(wěn)定性結(jié)果的波動(dòng)性。

相比之下，高pK_a值多齒頭基（如脒基、胍基及N-取代咪唑鎓）能有效抵抗去質(zhì)子化并強(qiáng)化低維晶格；而消除范德瓦爾斯間隙的Dion-Jacobson連接劑及增強(qiáng)氫鍵數(shù)量與強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，則可提供更抗遷移分解的剛性覆蓋層，從而有效應(yīng)對(duì)圖4總結(jié)的失效模式。

圖4：加速老化條件下三維/低維界面的結(jié)構(gòu)演化

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配體工具箱與分類(lèi)

圖5通過(guò)根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)和頭基酸度對(duì)有機(jī)間隔基進(jìn)行分類(lèi)，整合出實(shí)用型“工具箱”——這兩條坐標(biāo)軸共同決定了低維覆蓋層的相純度、維度特性與耐久性。分類(lèi)體系遵循六項(xiàng)配體屬性：電荷、形狀、尺寸、溶解度、氫鍵能力及本征反應(yīng)活性。

高pK_a值多齒頭基可緩解路易斯堿輔助的去質(zhì)子化與遷移，而低pK_a值銨基頭基則更易受損。典型伯銨基團(tuán)pK_a≈9-11；脒基與胍基pK_a≥12-13，能抵抗熱/光條件下的去質(zhì)子化；N-取代咪唑鎓缺乏N-H鍵，其最強(qiáng)酸性質(zhì)子位于碳原子上（pK_a＞23），具備最優(yōu)抗性。相較之下，未經(jīng)N-取代的咪唑鎓pK_a可低至≈7，更易降解。在低配體濃度時(shí)，多數(shù)銨基頭基配體可鈍化A位點(diǎn)缺陷；超過(guò)臨界濃度后則原位成核，形成低維鈣鈦礦，最終物相取決于配體在八面體網(wǎng)絡(luò)中的排列方式及陰、陽(yáng)離子比例。

滲透深度與n值分布受尺寸與結(jié)構(gòu)調(diào)控：具反應(yīng)活性的單/二價(jià)小分子配體滲透晶界產(chǎn)生n=1-5混合相，而大體積雜芳基或芳香配體在表面發(fā)生π堆疊，有利于形成較高n值的表面覆蓋型二維層。

不同間隔基的加工性能亦存在差異。Ruddlesden–Popper相受益于配體的寬范圍溶解度與自組裝特性；Dion–Jacobson間隔基溶解度較低，但能縮短無(wú)機(jī)層間距，并改善面外電荷傳輸。

圖5列出了來(lái)自文獻(xiàn)的各類(lèi)代表性配體，著重闡明了結(jié)構(gòu)與pK_a如何協(xié)同調(diào)控最終低維層的相純度與維度特性。

圖5：配體化學(xué)設(shè)計(jì)與分類(lèi)

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制備相純均勻低維覆蓋層及規(guī)模化策略

圖6展示了抑制混合相形成、提升結(jié)質(zhì)量的兩種互補(bǔ)路徑。
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• 固態(tài)面內(nèi)生長(zhǎng)法在控溫控壓條件下將預(yù)合成的相純二維薄膜堆疊于成型三維鈣鈦礦表面，形成超薄、均勻的平面覆蓋層。該方法可避免非預(yù)期中間相、最小化界面復(fù)合并提升內(nèi)建電勢(shì)；采用該技術(shù)的二維/三維器件實(shí)現(xiàn)了24.8%的峰值光電轉(zhuǎn)換效率，在濕熱環(huán)境與1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光照射下持續(xù)1000小時(shí)后仍保持約94%的初始性能。

• 同步發(fā)展的預(yù)合成低維墨水技術(shù)將特定n值的二維鈣鈦礦溶解于高介電常數(shù)、強(qiáng)給體特性的極性非質(zhì)子溶劑中，通過(guò)旋涂、刮涂或狹縫涂布方式沉積共形覆蓋層，同時(shí)最小化對(duì)底層三維相的溶解；通過(guò)調(diào)控溶劑特性可實(shí)現(xiàn)確定性n值控制，采用二維BA₂MAPb₂I₇覆蓋層的器件效率達(dá)~24.5%，在60℃環(huán)境下運(yùn)行約2000小時(shí)后幾乎無(wú)衰減。

• 現(xiàn)存挑戰(zhàn)包括難以規(guī)?；铣上嗉兊母遪值二維材料，以及該方法對(duì)其他配體體系的普適性有限；直接沉積一維/零維結(jié)構(gòu)雖具可行性，但相關(guān)報(bào)道較少。

除頂部覆蓋外，圖6還總結(jié)了底部低維鈍化與層間工程技術(shù)，例如采用交聯(lián)聚合物或二維材料抑制離子擴(kuò)散，在溶液涂覆過(guò)程中保護(hù)三維表面，并為溶液法與干法-真空路線(xiàn)提供更多可規(guī)模化的選項(xiàng)。這些策略共同聚焦于確定的n值與相純度，以制備適用于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的共形均勻低維覆蓋層。

圖6：相純低維層的制備與工程化策略

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器件壽命評(píng)估

為統(tǒng)一比較不同溫度條件下的穩(wěn)定性研究數(shù)據(jù)，我們采用阿倫尼烏斯加速因子對(duì)報(bào)道的壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并設(shè)定35°C為共同參照溫度（該溫度近似模擬1倍太陽(yáng)光照射下典型戶(hù)外工作溫度——經(jīng)日光照射的組件溫度會(huì)超過(guò)室溫）。通過(guò)該方法可從加速測(cè)試中得出T₈₀（效率維持初始值80%的時(shí)間）的一致性評(píng)估。

在此框架下，低維覆蓋層通常將運(yùn)行壽命從數(shù)月延長(zhǎng)至數(shù)年（某些案例），甚至可將衰減曲線(xiàn)從初始光衰驟降轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈叻€(wěn)定效率的非單調(diào)演化；然而當(dāng)對(duì)照組穩(wěn)定性較弱或未進(jìn)行組分匹配時(shí)，這些增益可能被高估（參見(jiàn)圖7）。基準(zhǔn)條件至關(guān)重要：三維組分的熱穩(wěn)定性窗口差異顯著——CsPbI₃器件耐受＞100°C，甲脒基電池在~95°C以下穩(wěn)定，甲胺基電池在~60°C以下穩(wěn)定，因此相同的低維配方可能產(chǎn)生不同的絕對(duì)壽命。值得注意的是，平面均勻型低維覆蓋層的壽命持續(xù)優(yōu)于不連續(xù)型或滲透型覆蓋層，這源于其更低的串聯(lián)電阻和更少的界面復(fù)合位點(diǎn)；配體選擇與維度調(diào)控進(jìn)一步影響耐久性，高pK_a值頭基與低n值低維結(jié)構(gòu)通常呈現(xiàn)更優(yōu)穩(wěn)定性。

總結(jié)而言，通過(guò)構(gòu)建相純、定向排列且強(qiáng)鍵合的低維覆蓋層，配合避免滲透的溶劑與退火方案，可實(shí)現(xiàn)最可靠的穩(wěn)定性提升。當(dāng)與組分匹配的三維吸收體結(jié)合，并通過(guò)阿倫尼烏斯歸一化指標(biāo)評(píng)估時(shí)，這些異質(zhì)結(jié)展現(xiàn)出與實(shí)際應(yīng)用需求相匹配的工作壽命，并具備清晰的規(guī)模化路徑。

圖7：不同類(lèi)型低維覆蓋層的報(bào)道穩(wěn)定性及其最大功率轉(zhuǎn)換效率

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五、研究結(jié)論

當(dāng)?shù)途S覆蓋層具備相純特性、定向排列且強(qiáng)鍵合時(shí)，維度異質(zhì)結(jié)方能發(fā)揮最佳效果。通過(guò)調(diào)控取向、n值及層間鍵合，可精準(zhǔn)調(diào)節(jié)界面偶極與能帶偏移，優(yōu)化傳輸路徑，從而實(shí)現(xiàn)性能與穩(wěn)定性的同步提升。II型能帶對(duì)齊是最理想目標(biāo)，但并非自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。多數(shù)二維組分天然具有相對(duì)于三維相更高的價(jià)帶頂，這有助于空穴提?。欢獙?shí)現(xiàn)導(dǎo)帶底低于三維主體的能帶結(jié)構(gòu)以促進(jìn)電子提取則較為罕見(jiàn)，這通常需要額外的界面維度工程。在統(tǒng)一評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)下可觀(guān)測(cè)到顯著的穩(wěn)定性提升：采用阿倫尼烏斯加速因子將數(shù)據(jù)歸一化至35°C時(shí)，低維覆蓋層通常將T₈₀壽命從數(shù)月延長(zhǎng)至數(shù)年（某些案例），并能將初始光衰轉(zhuǎn)化為具有更高穩(wěn)定效率的非單調(diào)演化曲線(xiàn)。平面均勻型覆蓋層因具有更低的串聯(lián)電阻和更少的界面復(fù)合位點(diǎn)，其壽命持續(xù)優(yōu)于不連續(xù)型或滲透型結(jié)構(gòu)；高pK_a配體與低n值低維結(jié)構(gòu)普遍呈現(xiàn)更優(yōu)的穩(wěn)定性。

傳統(tǒng)Ruddlesden–Popper間隔基因范德瓦爾斯耦合作用弱且氫鍵有限，會(huì)發(fā)生配體遷移從而失效；低pK_a銨基頭基易被光熱條件下生成的弱路易斯堿去質(zhì)子化，產(chǎn)生可移動(dòng)胺分子并催化后續(xù)降解。因此配體工具箱指向高pK_a值多齒頭基（脒基、胍基及N-取代咪唑鎓），其相較伯銨基具有更強(qiáng)的抗去質(zhì)子化能力，能有效抑制配體遷移并更好地維持低維骨架穩(wěn)定性。鍵合模式與晶體取向需權(quán)衡設(shè)計(jì)：強(qiáng)弱混合氫鍵網(wǎng)絡(luò)與π共軛配體可形成連續(xù)能帶，從而促進(jìn)載流子傳輸；垂直生長(zhǎng)提升電導(dǎo)率但可能削弱疏水保護(hù)，而平行生長(zhǎng)可增強(qiáng)耐濕性——最優(yōu)設(shè)計(jì)需平衡這些效應(yīng)。

綜上所述，從高pK_a多齒配體家族中篩選出相純、定向排列且化學(xué)穩(wěn)定的低維覆蓋層，結(jié)合對(duì)取向、n值與鍵合的精確調(diào)控，再通過(guò)阿倫尼烏斯歸一化指標(biāo)評(píng)估，可實(shí)現(xiàn)最可靠的耐久性提升。這些原則使得三維/低維異質(zhì)結(jié)具有與實(shí)際應(yīng)用相匹配的工作壽命，并為其可規(guī)?；圃焯峁┝饲逦窂健?/span>

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六、作者簡(jiǎn)介

通訊作者/第一作者：Randi Azmi教授

Randi Azmi，香港中文大學(xué)（深圳）理工學(xué)院助理教授。于2014年獲印度尼西亞大學(xué)凝聚態(tài)物理專(zhuān)業(yè)學(xué)士學(xué)位，2020年獲韓國(guó)國(guó)民大學(xué)應(yīng)用納米化學(xué)博士學(xué)位。在加入香港中文大學(xué)（深圳）前，他于2020年擔(dān)任沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)博士后研究員，并于2024年晉升為研究科學(xué)家。Azmi教授已在國(guó)際知名期刊發(fā)表/合作發(fā)表45篇論文（h-index = 30，被引超4,200次），包括Science（3篇）、Nature（2篇）、Joule（3篇）、Nature Communications（2篇）、Advanced Materials（2篇）、Advanced Energy Materials（7篇）及ACS Energy Letters（7篇）等。2022年，他因在科學(xué)技術(shù)與創(chuàng)新領(lǐng)域的卓越貢獻(xiàn)榮獲東盟青年科學(xué)家獎(jiǎng)。

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第三作者：劉妍娉

劉妍娉是理工學(xué)院能源科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的博士生，在Randi Azmi教授指導(dǎo)下從事異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究。其研究成果已在Nature Reviews Materials等期刊發(fā)表8篇論文。其研究緊密?chē)@清潔能源技術(shù)體系，以新一代鈣鈦礦太陽(yáng)能電池為核心，致力于通過(guò)界面工程提升其光電轉(zhuǎn)換效率，其研究也涵蓋了氫能制備與新型儲(chǔ)能等領(lǐng)域。

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七、團(tuán)隊(duì)介紹

Randi Azmi教授的研究團(tuán)隊(duì)——HERO實(shí)驗(yàn)室（可再生能源異質(zhì)結(jié)材料實(shí)驗(yàn)室）。該團(tuán)隊(duì)致力于對(duì)基于有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化異質(zhì)結(jié)薄膜的高效單結(jié)及多結(jié)太陽(yáng)能電池開(kāi)展廣泛研究。團(tuán)隊(duì)目標(biāo)是開(kāi)發(fā)兼具高效率和穩(wěn)定性的下一代太陽(yáng)能電池技術(shù)。圍繞這一重點(diǎn)，該團(tuán)隊(duì)從多學(xué)科交叉角度推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，研究領(lǐng)域涵蓋從新型材料到器件制備的全鏈條，包括工藝與材料優(yōu)化，并在實(shí)際工作環(huán)境中評(píng)估太陽(yáng)能電池性能，最終目標(biāo)是推動(dòng)其達(dá)到產(chǎn)業(yè)化水平。

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此外，Randi Azmi教授與來(lái)自德國(guó)弗勞恩霍夫太陽(yáng)能系統(tǒng)研究所（Fraunhofer ISE）和沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)（KAUST）的學(xué)者合作，在Science期刊上發(fā)表了題為“Electron accumulation across the perovskite layer enhances tandem solar cells with textured silicon”的論文。該論文研究了完全紋理化的鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池，這種器件的設(shè)計(jì)與制備符合商業(yè)化硅片標(biāo)準(zhǔn)。

文章鏈接：https://doi.org/10.1126/science.adx1745?

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一、期刊介紹

Science（《科學(xué)》雜志）自1880年由托馬斯·愛(ài)迪生提供啟動(dòng)資金創(chuàng)辦以來(lái)，一直站在重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)的中心。如今，Science依然發(fā)表各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域最優(yōu)秀的研究成果，其文章始終位列全球被引用次數(shù)最高的論文之列。

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二、論文簡(jiǎn)介

鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池通過(guò)調(diào)節(jié)鈣鈦礦層，使其吸收太陽(yáng)光譜中高頻部分的光，以補(bǔ)充硅電池對(duì)低頻光的吸收，從而可以實(shí)現(xiàn)超過(guò)最佳單結(jié)硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率。然而，要實(shí)現(xiàn)可規(guī)?；拟}鈦礦薄膜沉積方法仍面臨諸多挑戰(zhàn)，其中包括缺陷鈍化材料的設(shè)計(jì)等問(wèn)題。

在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)可規(guī)模化沉積技術(shù)制備的鈣鈦礦體相材料，其固有特性會(huì)限制薄膜的質(zhì)量，并導(dǎo)致界面處產(chǎn)生缺陷。我們采用了一種具有可調(diào)偶極極性的鈍化策略，從而同時(shí)增強(qiáng)了電場(chǎng)效應(yīng)與化學(xué)鈍化作用，使鈣鈦礦層在復(fù)雜紋理表面上實(shí)現(xiàn)了完整共形覆蓋。

最終，我們制備出了高性能的全紋理化鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池，在標(biāo)準(zhǔn)AM1.5G太陽(yáng)光照條件下獲得了33.1%的光電轉(zhuǎn)換效率和2.01伏的開(kāi)路電壓，并在紅海海岸的戶(hù)外環(huán)境中表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

圖1：鈣鈦礦/硅串聯(lián)太陽(yáng)能電池的性能與穩(wěn)定性

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供稿 | Randi Azmi教授團(tuán)隊(duì)