近些年，隨著有機-無機雜化鈣鈦礦材料光伏技術的強勢崛起，在新一代可溶液加工型光伏電池中，鈣鈦礦光伏電池已然成為最受學界和業界青睞的薄膜電池。
相比傳統光伏電池比如晶矽電池、或以銅銦鎵硒為代表的薄膜電池，鈣鈦礦電池製備成本低廉、產業鏈簡短、原材料易得、理論光電轉換效率也更高。
此外，鈣鈦礦材料體系因其較強的吸光能力、易調的光電效能以及較強的缺陷容忍度，擁有著更大的科研探索空間，也正因為此近十年來鈣鈦礦電池的效率迭代速度最為顯著。
然而，儘管鈣鈦礦電池有著高效率和低成本兩大優勢，其穩定性問題一直沒有得到根本性解決，這也嚴重製約了它的商業化程序。
鈣鈦礦電池的不穩定性主要來源於兩方面：
一是鈣鈦礦材料本身“軟晶格”的屬性，導致其在光、電、熱等外界刺激下很容易解離和降解；
二是鈣鈦礦成膜後往往會形成較多的表面缺陷，降低其與相鄰輔助功能層之間的介面接觸，從而影響器件的長期工作穩定性。
近年來，研究者們一直在尋求簡單高效的鈣鈦礦穩定策略，從化學分子設計到材料效能調控，再到器件物理解析以及製備工藝探索，許多提高鈣鈦礦電池穩定性的方法被不斷地報道出來。
其中，福建師範大學教授課題組注意到：交聯策略在近些年來被許多團隊所採用，無論是以新增劑調控、介面修飾工程，抑或電荷傳輸層構築以及封裝材料選取等方式，都顯著提升了鈣鈦礦電池的溼/熱穩定性以及工作穩定性。
圖 | 王漾（來源：）
可交聯材料是一種可以在特定條件之下發生化學反應形成共價鍵或透過分子之間的相互作用形成具有三維網路結構的化合物。
交聯後的材料一般具有優異的光/熱穩定性、以及良好的耐溶劑腐蝕性。事實上，交聯策略很早就應用於有機光電器件領域，比如有機發光二極體和有機太陽能電池 [1]。值得注意的是，交聯策略在提升鈣鈦礦電池尤其是柔性大面積元件的效率和穩定性方面亦有巨大的潛力。
因此，為了探尋鈣鈦礦電池領域更加前沿的研究方向，也為解決鈣鈦礦電池穩定性難題提供設計思路和指導思想，該團隊及時總結了前人的工作，同時結合本課題組的研究工作提出了一些看法和見解，從而撰寫了一篇綜述論文。
日前，相關論文以《用於高效高穩定鈣鈦礦太陽能電池的交聯策略》（）為題發在 Journal of Materials Chemistry C[2]，福建師範大學博士生王旭冉是第一作者，教授和中國科學院院士擔任共同通訊作者。
圖 | 相關論文（來源：Journal of Materials Chemistry Cm）
如前所述，本次綜述論文主要聚焦交聯策略在鈣鈦礦電池中的應用。
首先，他們分析了鈣鈦礦電池中的幾種不穩定性因素，比如鈣鈦礦結構的不穩定性，溼度、加熱、以及光照下電池的不穩定性。
接著，他們引出了交聯策略的應用價值，包括其定義、特點和所涉及到的材料結構、特性以及反應機理和加工方式等。
隨之根據交聯策略的具體應用場景，從以下幾個方面展開詳細論述：
第一方面是交聯分子作為新增劑，可被應用於鈣鈦礦活性層；
第二方面是交聯分子作為修飾層，可以改善鈣鈦礦表介面屬性；
第三方面是交聯型空穴傳輸材料與電子傳輸材料的設計與構築；
第四方面是交聯分子作為封裝材料在鈣鈦礦電池中的應用。
最後，他們總結了交聯策略在實際應用中的不足之處，並提出了未來的發展方向。
比如進一步最佳化交聯材料特性、透過功能化設計調控材料的光電屬性、開發緊缺的高效穩定的電荷傳輸材料、以及協同運用交聯策略比如合理構築交聯型介面鎖等，從而幫助人們實現高穩定性的鈣鈦礦電池元件。
為了更加系統地論述有關交聯策略在鈣鈦礦電池中運用方面的工作，課題組在文獻收集、調研、討論、撰寫方面花了不少時間。
說：“在此也感謝我的第一個博士生王旭冉同學，以及我的第一屆碩士生丁子午、劉星宇和黃小鎮同學，這篇綜述論文事實上是我們課題組建立以來第一篇團隊合作完成的工作，確實具有重要的意義。”
事實上，當這篇綜述論文還處於審稿期間之時，復旦大學團隊和中國科學院化學研究所團隊就已經在國際頂刊上發表了相似主題的綜述論文 [3,4]。
這表明領域之內的學者，對於交聯策略在穩定鈣鈦礦電池方面所展現出的應用潛力是普遍認可且寄予厚望的。
另據悉，課題組長期從事新型有機共軛分子設計、光電功能材料合成與器件應用等方面的研究。
近期以及未來幾年他們的研究重心，都會聚焦於柔性大面積鈣鈦礦電池中關鍵有機功能材料的設計與研發。
而為了推動光伏技術的產業化程序，課題組的過往成果始終體現著“高效能、低成本、高穩定性”的指導思想。他們的往期主要代表性成果可以概括為以下三個方面：
其一，他們曾提出分子整合設計策略和樹枝工程策略，開發了高效能有機介面材料，創下反式鈣鈦礦電池同期最高能量轉換效率記錄，相關論文發表 Advanced Materials 和 Science China Chemistry 上。
其二，他們採用錨定基團輔助策略和氟化策略，開發了高效能、低成本的有機介面材料，並強化了材料的綠色溶劑加工特性與普適性應用價值，相關論文發表在 Nature Energy 和 Journal of the American Chemical Society 上。
其三，他們運用交聯設計策略，開發了兼具高效能、低成本、高穩定性的有機介面材料，實現了高效穩定的鈣鈦礦光伏電池，相關論文發表在 Advanced Materials 上。
另據悉，在加入福建師範大學之前，曾在中國臺灣做過博士後研究。其表示，自己在博士期間主要從事有機發光二極體中發光材料的研發。
來到中國臺灣清華大學後，他跟隨亞太材料科學院院士、臺灣特聘講座教授開始研究鈣鈦礦電池中的電荷傳輸材料，相當於從電致發光轉向光伏發電的研究。
儘管方向上有一些變化，但研究核心還是有機半導體材料的設計合成，只不過應用端有所不同而已。
所幸的是，在博士期間就比較關注有機半導體材料的不同光電特性及其器件應用，所以博後階段的方向轉換並沒有對他造成很大困擾，相反愈發激起了他對有機光電功能材料這一領域的研究興趣。
他說：“那時剛好是鈣鈦礦電池研究興起的初級階段，我也算搭上了這一研究領域的早班車。當然也很幸運，在臺灣期間我在 Advanced Energy Materials 上發表了我從事學術研究以來第一篇影響因子大於 20 的論文。”
他繼續說道，正是得益於在中國臺灣做博士後時的工作積累，之後他到南方科技大學做博後時，才可以遊刃有餘地將相關工作進行拓展與延伸，並開始在領域內取得一些突破性成果。
而他當下所就職的福建師範大學海峽柔性電子（未來科技）學院成立於 2021 年 7 月，也是福建省第四個省實驗室海峽創新實驗室的共建依託平臺，由院士領銜建立。
2022 年初，入職福建師範大學。他表示儘管自己入職時間不長，但得到了學校和學院的大力支援。
目前，他擁有 200 平米的實驗室，充足的研究經費，每年 2-4 名碩士研究生，並且協助院士指導 2 名博士研究生，最近團隊也引進 1 名“青年英才”副教授。
其表示：“福建師範大學是一所百年省屬高等學府，擁有化學、物理學、光學工程等 21 個博士學位授權一級學科，而且福州確實是氣候宜人、適於定居的好地方。誠摯歡迎對科研有著濃厚興趣、勤奮踏實並有良好團隊協作精神的學生加入我們團隊（[email protected]）。”
參考資料：
1. J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 18542
2. Wang, Y., Wang, X., Ding, Z., Wang, Y., & Huang, W. (2023). Cross-linking strategies for efficient and highly stable perovskite solar cells.Journal of Materials Chemistry C.
3. Small, 2023, 19, 2304189
4. Energy Environ. Sci., 2023, 16, 4251
學院網址：https://sife.fjnu.edu.cn/main.htm
課題組網頁：https://www.x-mol.com/groups/steven_wangyang
排版：朵克斯
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