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　　“这项研究将为钙钛矿太阳能电池性能优化提供新的增长点ღღღ，也是钙钛矿光电领域基础研究的守正创新ღღღ。”中国科学院院士bo体育官网入口ღღღ、北京大学校长龚旗煌对《中国科学报》说ღღღ。

　　光电转换效率是衡量太阳能电池将光能转换为电能的效率指标ღღღ。钙钛矿太阳能电池主要通过两种途径提升光电转换效率ღღღ：一是提高光吸收材料对入射光子能量的俘获率ღღღ，即增大对太阳光能的有效吸收ღღღ；二是减弱光生载流子的非辐射复合ღღღ，即减少产生的电能在电池内部的损耗ღღღ。

　　10多年来ღღღ，钙钛矿太阳能电池领域的大量研究工作主要聚焦于减少电能在电池内部的损耗bo体育官网入口ღღღ，即通过降低钙钛矿吸光层以及电池各功能层界面处的缺陷ღღღ，减少光生载流子在电池内部的非辐射复合能量损失ღღღ。这种“降缺陷ღღღ、提效率”的方式取得了不错的效果ღღღ，相关认知也越发完善ღღღ。

　　北京大学团队长期开展钙钛矿太阳能电池缺陷调控和性能提升的研究ღღღ。近年来ღღღ，该团队对钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层的上界面ღღღ、埋底界面及电极缓冲层界面等展开深入研究ღღღ，有针对性地提出了一些缺陷调控和性能提升策略ღღღ，并于2023年将钙钛矿太阳能电池光电转换效率提升至25%以上ღღღ。

　　“要进一步提升光电转换效率ღღღ，还需要在现有基础上继续提高光吸收材料对入射光子能量的俘获率ღღღ。”北京大学教授朱瑞对《中国科学报》说ღღღ。

　　通常来讲ღღღ，增加钙钛矿吸光层厚度可以增强对入射光的吸收ღღღ，从而提高入射光子的俘获能力ღღღ，获得更多光学增益ღღღ，最终提升光电转换效率ღღღ。然而ღღღ，吸光层薄膜增厚往往伴随着缺陷的增加ღღღ，导致薄膜中非辐射复合变得更加严重ღღღ，从而降低电池光电转换效率ღღღ，抵消入射光吸收增强带来的光学增益bo体育官网入口ღღღ。因此ღღღ，朱瑞表示ღღღ，目前亟须开发新的工艺攻克这一难题松阪季实子ღღღ。

　　面对挑战ღღღ，北京大学与国内外多个研究组展开联合攻关ღღღ。他们最先遇到的难点就是电池性能季节性波动问题ღღღ，即高性能电池通常存在明显的季节依赖性ღღღ。

　　“这是困扰我们十几年的问题ღღღ。”朱瑞对《中国科学报》说ღღღ，“起初ღღღ，大家发现湿度波动影响电池功能层制备ღღღ，于是将全部制程转移到湿度可控的惰性气氛中ღღღ，但电池性能季节依赖性依然存在ღღღ。”

　　“除湿度外ღღღ，随季节更替出现明显变化的另一个因素是温度ღღღ。”北京航空航天大学教授罗德映建议从温度入手解决性能波动问题ღღღ。

　　于是ღღღ，联合团队通过精准控制钙钛矿薄膜涂布阶段的环境温度ღღღ，优化钙钛矿薄膜的成核和晶粒生长过程ღღღ，显著改善了电池性能的季节依赖性ღღღ，使得一年四季制备的电池都有一致的光电转换性能ღღღ。

　　密勒指数是材料晶体学中的一个概念ღღღ，用于描述晶面方向的符号系统ღღღ，通过3个整数表示晶面与晶轴的相对关系bo体育官网入口ღღღ。高密勒指数是指数值较大的晶面ღღღ，（100）ღღღ、（110）ღღღ、（111）通常被认为是低密勒指数晶面ღღღ，其他晶面则为高密勒指数晶面ღღღ。

　　联合团队发现ღღღ，当钙钛矿薄膜涂布阶段的环境温度处于特定条件时ღღღ，钙钛矿薄膜中高密勒指数（211）晶面的占比会增加ღღღ。经验证ღღღ，（211）晶面具有“自钝化”及形成“相干晶界”的特性ღღღ，这使得薄膜内部及表面缺陷浓度大幅度降低ღღღ。

　　“当发现（211）晶面具有如此特殊的性质后ღღღ，整个团队都很激动ღღღ。于是ღღღ，我们借助这些特性改善晶体内部和表面缺陷ღღღ，并进一步在钙钛矿微米级厚膜中进行验证ღღღ，实现了‘光子利用与电学损失’的协同优化ღღღ。”罗德映说ღღღ。

　　联合团队充分利用上述发现ღღღ，研制出高质量微米级钙钛矿厚膜ღღღ，在提高俘获入射光子能力的同时ღღღ，显著减少了电能在电池内部的损耗松阪季实子ღღღ，成功将光电转换效率提高至26.1%ღღღ，并提升了电池在光ღღღ、热等外界条件下的工作稳定性ღღღ。

　　“该研究展示了一种能够制备厚度较大但仍保持高质量的钙钛矿薄膜的方法ღღღ，不仅显著提升了太阳能电池性能ღღღ，还深化了我们对这种‘迷人材料’的工作机制的认识ღღღ，并为如何优化其性能提供了新思路ღღღ。”英国剑桥大学教授Samuel D. Stranks表示ღღღ。

　　“基础研究对关键核心技术具有先导ღღღ、引领作用ღღღ，加强基础研究是突破关键核心技术的‘先手棋’bo体育官网入口ღღღ。”龚旗煌认为ღღღ，从高密勒指数晶面角度切入开展钙钛矿材料性能研究ღღღ，是钙钛矿光电领域的基础探索ღღღ，对相关技术发展有重要指导意义ღღღ。钙钛矿材料中其他高密勒指数晶面也同样值得深入挖掘ღღღ。

　　“早在上世纪的半导体材料晶体学研究中ღღღ，高密勒指数晶面就已经引起业内关注ღღღ，比如硅ღღღ、砷化镓等晶面ღღღ。”罗德映说ღღღ，“高密勒指数晶面相较于常见的低密勒指数晶面具有更复杂的原子排列ღღღ，可能导致独特的表面重构和特有的电子状态ღღღ。”

　　北京大学博士研究生黎顺德补充说ღღღ：“半导体材料中有些高密勒指数晶面几乎不存在任何空位和缺陷ღღღ。与硅ღღღ、砷化镓等材料相比ღღღ，钙钛矿材料的元素组成和晶体结构更为复杂多样ღღღ，其高密勒指数晶面可能会呈现更加‘缤纷多彩’的特性ღღღ，值得深入挖掘ღღღ。”

　　“这项工作仅是钙钛矿材料中高密勒指数晶面研究的开端ღღღ。我们相信ღღღ，对钙钛矿材料中其他高密勒指数晶面的研究可以挖掘出更多新方法ღღღ、新思路ღღღ，帮助加深对钙钛矿材料中‘高密勒指数晶面家族’的理解ღღღ。”朱瑞表示松阪季实子ღღღ。（崔雪芹）

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