近日，深圳北理莫斯科大學材料科學系應用納米光子學團隊劉娜副教授在鈣鈦礦太陽能電池領域取得重要研究進展，相關研究成果分別發表于材料領域頂級期刊《Advanced Energy Materials》和《Energy Material Advances》。
《Advanced Energy Materials》（影響因子：24.4，中科院一區）期刊發表的研究成果題為“Chemical Bond Management of FA‐Based Mixed Halide Perovskites for Stable and High‐Efficiency Solar Cells”，深圳北理莫斯科大學為第一通訊單位，劉娜副教授為第一作者兼通訊作者，清華大學韋國丹副教授為共同通訊作者。此項研究工作還得到了深圳北理莫斯科大學材料科學系李樹奎教授、應用納米光子學團隊負責人常帥教授、莫斯科大學Roman Vasiliev教授、北京理工大學陳棋教授的支持。
研究聚焦鈣鈦礦太陽能電池穩定性這一關鍵挑戰，取得了重要突破。通過引入一種帶有強吸電子氟取代基的吡咯烷化合物（PY-F），顯著增強了有機陽離子與[PbI6]4?八面體之間的化學鍵強度，從而有效抑制了離子遷移和相變。同時，PY-F與PbI2反應形成了一種新型1D鈣鈦礦結構（PYFPbI3），并與3D鈣鈦礦構成異質結，進一步提升了材料的穩定性。優化后的剛性鈣鈦礦太陽能電池實現了25.39%的功率轉換效率，柔性器件效率也達到24.26%，均處于同類研究的領先水平。值得一提的是，未封裝的器件在連續光照下進行350小時的最大功率點跟蹤后，仍能保持90%的初始效率，遠優于對照組（僅剩45%）。此外，柔性器件在1000次彎曲循環后仍能維持97%的性能，展現出優異的機械穩定性。這項研究通過創新的化學鍵管理策略，成功提升了甲脒基混合鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的效率和長期穩定性，為鈣鈦礦光伏技術的商業化應用提供了新思路。
此外，應用納米光子學團隊還與北京理工大學陳棋教授合作，在《Energy Material Advances》（影響因子：14.9，中科院一區）期刊上發表了題為“Chemical Bond Management of FA-Based Mixed Halide Perovskites for Stable and High-Efficiency Solar Cells”的研究成果。深圳北理莫斯科大學為第一通訊單位，劉娜副教授為第一作者兼通訊作者，常帥教授、陳棋教授為共同通訊作者。
該研究針對準二維鈣鈦礦太陽能電池中普遍存在的相分布不均和激子解離效率低等難題，設計了一種兼具路易斯堿特性和氯離子功能的新型丁脒氯化物（BI），成功破解了上述挑戰，為穩定高效鈣鈦礦光伏技術提供了新思路。研究團隊通過引入BI分子，利用其脒基（NH=CNH?）與[PbI6]4-八面體間的強路易斯堿作用，優化結晶動力學，促使薄膜形成高度取向的晶體結構。同時，氯離子有效抑制了低n值相的生成，使薄膜呈現均勻的n=4主導相分布。通過同步輻射掠入射X射線散射（GIWAXS）和光致發光光譜證實，BI處理后的薄膜結晶度顯著提升，激子結合能從231 meV降至180 meV，有效促進了電荷分離。實驗結果表明，優化后的準二維鈣鈦礦太陽能電池展現出卓越的性能。此項工作不僅為準二維鈣鈦礦太陽能電池的效率提升提供了分子設計新范式，也為解決低維鈣鈦礦中電荷傳輸與相穩定性難題開辟了路徑。
深圳北理莫斯科大學應用納米光子學團隊負責人為常帥教授，團隊成員包括劉娜副教授、朱亞楠高級講師，以及兩名博士后、若干名博士及碩士研究生，依托學校“應用納米光子學平臺”開展相關研究工作。團隊面向光電新材料、新型顯示、新能源等深圳市“20+8”產業集群，開展以納米光電材料、印刷顯示器件、光伏能源器件等為代表的新型光電技術研究，致力于探尋新的光電材料、發展新的光電器件制備工藝，力求取得原創性技術突破，解決關鍵核心技術自主化、國產化難題，實現從材料突破到系統集成應用的一體化研究體系，為實現光電材料與技術“彎道超車”做出貢獻，并推動相關產業鏈轉型升級。
