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在商业化的道路上，钙钛矿光伏组件的高效率和长期稳定性被视为至关重要的性能指标。尽管钙钛矿光伏组件的光电转换效率近期有所提升，但其对外部因素如湿气、热量和光照的敏感性导致的降解问题仍迫切需要解决。
虽然通过引入离子液体添加剂、路易斯酸碱掺杂剂以及实施表面钝化策略能够在一定程度上减缓钙钛矿材料的老化，但这些方法尚未达到商业光伏组件稳定性要求的最低标准。
在本研究团队之前的研究中，我们采用了路易斯碱性的离子液体添加剂——1,3-双（氰甲基）咪唑氯化物——来抑制钙钛矿前驱体溶液的降解并促进薄膜的均匀形成，然而，这种阳离子无法掺入钙钛矿晶格，因此在热应力下无法防止钙钛矿材料的分解。
鉴于此，团队提出了一个综合策略，通过原位反应来增强钙钛矿结构的内在稳定性，从而提升钙钛矿光伏组件的整体稳定性。
11月1日，以华北电力大学丁勇教授为第一作者，苏州大学丁斌教授，西湖大学石鹏举博士、李亚辉博士研究生以及瑞士洛桑联邦理工学院Jan Romano-deGea博士为共同作者，联合洛桑联邦理工学院Mohammad Khaja Nazeeruddin教授、Paul J. Dyson教授、赵康宁教授、盛江博士、西湖大学王睿研究员等的论文“Cation reactivity inhibits perovskite degradation in efficient and stable solar modules”被发表于Science杂志。
研究将N,N-二甲基亚甲基氯化物掺入钙钛矿前驱体溶液中形成二甲基铵阳离子，并且先前未观察到的甲基四氢三嗪（[MTTZ]+）阳离子，有效地改善了钙钛矿薄膜的光热稳定性。
本研究揭示，向钙钛矿前驱体中引入N,N-二甲基亚甲基亚胺氯化物，能够原位生成二甲基铵和甲基四氢三嗪两种新型阳离子，这些阳离子的形成显著提高了钙钛矿薄膜的光电性能。
特别是，原位生成的甲基四氢三嗪阳离子显著增加了碘空位的形成能，并提升了碘离子和铯离子的迁移能垒，有效抑制了由热分解和相分离等因素引起器件性能的下降。
经过优化，制备光伏组件在27.2 cm2的孔径面积上实现了23.2%的认证效率，稳定效率高达23.0%。此外，封装后的光伏组件在经过1900小时的最大功率点追踪测试后，并在85°C和85%相对湿度环境下，仍保持了87.0%的初始效率。
本研究揭示了甲基四氢三嗪离子增强钙钛矿结构稳定性，抑制离子迁移与相分离，提高大面积钙钛矿薄膜的光热稳定性，为后续设计与制备大面积钙钛矿光伏组件提供了新思路和新方法。
第一作者：丁勇，华北电力大学教授，博导，2011年毕业于合肥工业大学材料科学与工程学院，获学士学位；2016年毕业于中国科学院合肥物质科学研究院，获得博士学位，随后入职华北电力大学可再生能源学院；2019年12月至2024年3月，于瑞士洛桑联邦理工学院从事博士后研究，目前主要从事大面积钙钛矿光伏组件光电性能的提高以及水-光-热等因素对器件稳定性影响的机理研究。提出了快速除溶剂的概念，开发了真空法制备大面积高质量钙钛矿薄膜的关键技术，实现了高效且稳定的钙钛矿光伏组件。经第三方认证，在大面积组件上取得22.4%的稳态效率，并被M. Green收录在第61、62和63期Solar cell efficiency tables专刊上，近期再次刷新了大面积钙钛矿组件新纪录（23.0%）。以（共一）第一或通讯作者发表Science、Nature（2）、Nat. Nanotechnol.、Nat. Energy、Nat. Commun.（2）、Sci. Adv.、Prog. Mater. Sci.、Adv. Mater.（4）、Energy Environ. Sci.和Angew Chem. Int. Ed.（4）等论文80余篇，他引5000余次（H因子41），申请中美专利10余项，其中授权美国专利1项，中国专利5项。
通讯作者：赵康宁，大湾区大学助理教授（研究员），2012年毕业于武汉理工大学材料科学与工程学院，获学士学位；2019年毕业于武汉理工大学，获得博士学位；在2020年5月到2024年2月在瑞士洛桑联邦理工学院进行博士后研究；2024年3月至今加入大湾区大学，担任助理教授（研究员）。近年来，一直围绕光储一体化器件的高时空分辨率表界面表征等方面研究，并已取得一系列原创性的研究成果。已发表论文100余篇，H因子56，总被引次数超过13000次，入选美国斯坦福大学和爱思唯尔数据库的2022年《年度全球前2%顶尖科学家榜单》，科睿唯安2024年度“全球高被引科学家”名单；其中以（共同）一作/通讯作者发表在Science、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mat.、Angew. Chem.、Energy Environ. Sci.等国际知名期刊上发表SCI收录论文40余篇，获授权国家专利发明8项。
通讯作者：王睿，西湖大学工学院特聘研究员，于2021年4月全职加入西湖大学工学院。王睿博士长期从事第三代太阳能电池的研究工作，曾以第一/通讯作者身份在Nature（3篇），Science（3篇），Nature Photonics（2篇），Joule，Advanced Materials，JACS，Matter，Nano Letters等旗舰杂志发表论文30余篇，研究成果被包括科学美国人、福布斯、人民日报、新华社等多家知名媒体报道。曾入选国家海外高层次人才计划（青年），浙江省顶尖人才计划，福布斯中国及亚太30岁以下30人，麻省理工科技评论全球35岁以下创新35人名单，阿里巴巴达摩院青橙奖等。
通讯作者：Paul J. Dyson，教授，欧洲科学院院士。于2002年加入EPFL化学科学与工程学院，目前担任有机金属与药物化学实验室的负责人，2021年起担任基础科学学院的院长，并于2010年被选为英国皇家化学学会的院士，2019年被选为欧洲科学院的院士，2020年被选为美国科学促进会的终身院士。长期致力于可持续发展化学的研究，主要研究领域涉及生物质转化应用，离子液体以及催化，光电转化领域的应用。他荣获过多个奖项，主要包括2004年的瑞士化学学会Werner奖、2010年的生物有机金属化学杰出成就奖、2011年的意大利化学学会百年Luigi Sacconi奖章、2015年的英国皇家化学学会生物无机化学奖、2018年的欧洲化学学会欧洲可持续化学奖和2020年的英国皇家化学学会绿色化学奖。Dyson教授在多个大学担任客座教授，并自2016年起担任瑞士国家科学基金会数理与工程科学部委员会成员。
