值西南交通大学建校130周年华诞之际，我校前沿院黄鹏特聘研究员带领智能光电器件团队，联合苏州大学李耀文教授团队协同攻关，在钙钛矿太阳能电池界面工程前沿研究领域取得重大突破性进展。该研究成果西南交通大学为第一单位，以《Orthogonal binary cation arrangement homogenizing interfacial coordination and improving electronic landscapes for high performance perovskite solar cells》为题，发表于国际能源与环境领域顶级期刊《Energy & Environmental Science》。该期刊由英国皇家化学会出版发行，深耕能源与环境领域核心重大研究课题，仅收录具备里程碑价值的原创前沿科研成果。作为该领域国际顶尖旗舰期刊，它位列中国科学院一区Top期刊，最新影响因子高达30.8。

此次研究创新价值突出，两位审稿人均对该项工作给出顶尖（Exceptional）的学术评价。此次论文的顺利刊发，不仅展现了交大学子深耕前沿科研、潜心探索钻研的实干风采，更充分彰显出交大始终秉持知行合一的教育理念，深耕科研育人、培育前沿创新成果。

论文第一作者陈沿升作为在校硕士研究生，在科研道路上潜心钻研、勇于突破，用扎实的学术能力交出了优异答卷，展现了新时代交大学子传承“竢实扬华、自强不息”精神的责任与担当。该成果也是团队科研实力的集中体现，也是学校百卅校庆期间的重要科研成果献礼，更是学校深化科技自主创新、培养拔尖创新人才的生动实践，为母校130周年华诞增添了浓厚的科研光彩。

图1 论文信息

在全球碳中和目标加速推进的背景下，钙钛矿太阳能电池作为新一代光伏技术，凭借效率高、成本低、可柔性制备等突出优势，被视为最具商业化前景的清洁能源技术之一。然而，钙钛矿薄膜表面的异质性缺陷以及界面电场的不均匀分布，始终是限制器件效率和长期稳定性的核心瓶颈，尤其在大面积制备和宽禁带钙钛矿体系中，界面能量损耗问题更为突出。

针对上述问题，研究团队创新性地提出了“二元阳离子正交（OrthBC）排列”钝化策略。通过在钙钛矿表面构建沿平行和垂直方向有序排列的阳离子分子层，同时强化了铵-卤素氢键与阳离子-π双界面作用，实现了界面配位环境的均一化调控。这一构型显著提升了薄膜光电均匀性，构建了均一的界面电场，大幅抑制了非辐射复合能量损失。实验结果显示，采用OrthBC策略的冠军器件实现了26.50%的光电转换效率，并在标准老化测试条件下运行1000小时后效率保持率仍超90%。该策略在1.00 cm^2大面积器件和1.68 eV宽带隙器件中分别取得了24.91%和24.07%的效率，展现出优异的普适性和实际应用前景。

图2 OrthBC取向排布分析。(a) 不同钝化策略的示意图；(b) 相应的分子取向统计；(c-e) 采用不同钝化策略的钙钛矿的密度泛函理论计算侧视图；(f) 胺基与碘离子之间的化学键键长与键角分布模式。浅绿色阴影代表强氢键（判定标准：键长<3.5 Å且键角>120°）；(g) 苯基单元与Pb²⁺离子的平衡距离；(h-i) 采用 OrthBC 策略的钙钛矿薄膜的和频振动光谱及对应拟合曲线；(j) Pb 4f与I 3d轨道峰位的对应化学位移汇总。

图3 OrthBC钝化钙钛矿的均匀特性。(a) 不同钙钛矿薄膜的拉曼面扫描成像图；(b) 对应拉曼峰的分布统计；(c) 原子力显微镜形貌图；(d) 对应高度分布；(e) 开尔文探针力显微镜成像图；(f) 对应表面电势分布；(g) 光致发光强度面扫描成像；(h) 对应发光强度统计。

图4具有普适性的OrthBC策略提升器件性能。(a) 活性面积为0.09 cm²、(b) 1.00 cm²的钙钛矿太阳能电池的电流-电压特性曲线；(c) 两种器件面积下关键参数的统计对比；(d) 采用两步沉积法制备的钙钛矿太阳能电池性能；(e) 带隙为1.68 eV的钙钛矿太阳能电池性能；(f) 展示OrthBC策略广泛适用性的示意图。

图5钙钛矿薄膜与器件的稳定性。(a) 水接触角测试及薄膜在湿度老化下的实物图；(b) 薄膜经湿度老化与热老化后的X射线衍射图谱；(c) 经不同钝化剂处理的钙钛矿薄膜老化前后的活化能；(d) ParaC、(e) PerpC、(f) OrthBC 修饰器件的陷阱态密度曲线；(g) ISOS-D-2、(h)  ISOS-L-2I标准测试协议下的器件老化稳定性。

图6 智能光电器件团队合照

西南交通大学智能光电器件团队2022年8月成立，由黄鹏特聘研究员领衔，主攻钙钛矿太阳能电池及新型光电器件研究。团队以西南交大第一单位已在《Energy Environ. Sci.》、《Angewandte Chemie International Edition》、《Advanced Energy Materials》等高水平期刊发表论文十余篇，展现出强劲的科研创新能力。

原文链接：https://doi.org/10.1039/D6EE00174B