如果想把食物保存得更久，我们往往会把它做成罐头，其实阳光也可以。

黄维院士

　　从上个世纪开始，科学家就开始研究“阳光罐头”——太阳能电池及其相关技术——以期更好地利用太阳能。但直至今日，各类“保鲜”技术依然还在探索之中。前不久，西北工业大学黄维院士团队在《自然·光子学》发文，报道了高效稳定层状钙钛矿太阳能电池的最新突破性进展。

　　高效稳定层状钙钛矿太阳能电池，是改进了一种重要的太阳能电池材料。据介绍，钙钛矿材料自身具有直接带隙、双极性传输、高吸光系数、低激子结合能、长载流子扩散距离和可溶液加工等特点，近年来取得了突飞猛进的发展。然而，钙钛矿材料光照、电场、温度、水氧等条件下非常容易降解，严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的进一步商业化。相比传统的三维卤化物钙钛矿太阳能电池材料，二维Ruddlesden–Popper（2DRP）层状钙钛矿在具有优异的光稳定性和热稳定性的同时，骨架稳定性受限，因此其薄膜质量及光生载流子的分离与传输特性相对不足。

　　针对这一科学难题，黄维院士团队提出了一种高效稳定层状钙钛矿太阳能电池，创新性地引入一种含硫原子的有机胺，通过硫元素之间的相互作用实现层间相互作用有效调控，有效的增强了层间电荷传输并且进一步稳定了层状钙钛矿骨架，制备出了效率高达18.06％（认证效率17.6）的高性能2DRP层状钙钛矿太阳能电池，并大大改善了2DRP钙钛矿薄膜的湿、热稳定性和器件稳定性。器件在最大功率输出点持续标准太阳光下光照1000小时，效率衰减不到15%。

　　26岁的晁凌锋是这一成果的第一作者之一。他告诉记者，要把阳光变成“阳光罐头”，第一步是需要把阳光转换成能够储存的状态——电。晁凌锋解释，太阳能电池的工作原理是一边接收阳光的能量一边将其转换成电能，然后电能会被输送到储存装置中，供后续使用，因此太阳能电池可以看成是一个“光-电转换器”。这种神奇的“转换器”有不少种类，他们研究的，是目前被学术界看好的“层状钙钛矿太阳能电池”。

南京工业大学教授陈永华

　　黄维院士团队的成员之一，南京工业大学教授陈永华是晁凌锋的导师，他告诉记者，层状钙钛矿电池三维结构看起来有点像“魔方”，此次研究的主要创新点在于，通过增强层状分子间的作用力，增加了电池的稳定性，在光照下持续工作1000个小时，电池的光电转化性能衰减低于15%。

　　“从以往的层状钙钛矿电池成果来看，一般持续工作500到800个小时，性能就会衰减15%甚至更多。”晁凌锋解释，相比之下，此次的成果有效增加了这类太阳能电池的稳定性，延长了它的工作时间，处于世界领先水平。

　　稳定性有那么重要吗？陈永华说，要做好太阳能电池，许多问题有待突破，“稳定性是其中一个很重要的方面，总不能允许电池很快就罢工了，寿命问题一定要考虑”。他比喻道，以前层状钙钛矿材料太阳能电池的每一层之间的分子是“靠在一起”，这种不太紧密的作用力难以对抗水、热以及紫外光等的侵蚀，使层状钙钛矿电池很容易分解“罢工”；而他们这次想办法让分子紧紧地“抱在了一起”，从而增强了分子间的作用力，继而增加了电池的稳定性。“这项成果让此类太阳能电池距离真正投入使用又迈进了一步。”陈永华说。

　　然而，取得这项成果的过程是相当曲折的。“我从研究生一年级就开展了相关研究，直到研究生毕业成果都还没有发表。”现正在西北工业大学读博士一年级的晁凌锋告诉记者：“真是一直在失败，只有一次成功。”

　　去年夏天来临之前，是他最崩溃的时候。“我们的研究成果需要送到北京的中国计量院做第三方验证才能发表。明明在实验室里测得都很成功，但到了北京就是测不出来了。”晁凌锋知道，世界上还有很多优秀的课题组在攻关这个稳定性的问题，如果自己的成果不能最先发表，就会失去价值。问题出在了检测设备的连接环节，为了解决这个问题，在3个月的时间里，他往北京跑了多次，两度推翻重建检测连接设计，但一直走不出科学的迷宫，“同时我还在准备6月份的研究生毕业论文答辩”。

　　比这一切更让他难以接受的是，夏天就要来了。层状钙钛矿材料本身“怕热”，这意味着，如果不赶在夏天之前做完检测验证，成果的最好性能指标将大打折扣，他们将失去与国际团队竞争的筹码。

　　“虽然，我觉得陈永华老师也已经崩溃了，但他一直鼓励我们，半夜12点多还来实验室和我们交流”。最后，在一天夜里，他们走出了“迷宫”，最后通过了第三方验证。

　　和夏天赛跑的晁凌锋，终于在这个春天夺得了胜利果实。这一成果的发表不仅是对他意义重大，他说：“我看到了这项研究对世界能源领域的价值，所以才会一直坚持。”登上顶级期刊之后，他还在继续进行相关研究，“我们不仅希望大家认可这项研究，更希望通过这项成果激励更多人投身太阳能领域，这样我们的未来才会更好”。

　　此外，黄维院士团队还与帝国理工学院、阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）Thomas Anthopoulos教授合作，在有机-金属氧化物薄膜晶体管研究领域取得重要进展，发表于《自然·电子学》。

　　这项研究聚焦于一种显示器件的生产。据了解，薄膜晶体管是有源显示驱动背板的核心器件。其中，金属氧化物薄膜晶体管具有迁移率高、透光性好、成本低、可低温制备等优点，应用前景巨大，但制备成本却相对较高。近年来，溶液法作为一种工艺简单、可实现大面积制备，并且与柔性衬底相兼容的新制备方法而备受关注。然而，由于溶液法的非化学计量性质而导致的电荷俘获现象，使得器件存在工作稳定性差的问题，是其实现实际应用所面临的技术瓶颈。

　　针对这一科学难题，合作团队了提出了一种有机-金属氧化物混合薄膜晶体管，其沟道由溶液法制备的氧化铟，氧化锌纳米粒子，聚合物聚苯乙烯和氧化锌多层超薄薄膜组成。经臭氧处理后的聚合物聚苯乙烯薄膜有效地钝化了金属氧化物表面和异质结界面处的电子陷阱，实现了高电子迁移率及超高的工作稳定性，是目前已报道的最稳定的金属氧化物薄膜晶体管。该研究成果为解决当前溶液法制备金属氧化物薄膜晶体管的工作稳定性问题提供了新的思路，并有助于进一步推动薄膜晶体管在显示领域的应用。

　　（来源：中国青年报、人民网）