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蒋琦，女，博士，筹商员，博士生导师。1991年10月诞生于湖南。2013年本科毕业于湖北大学微电子系；2018年于中国科学院半导体筹商所获取博士学位（导师：张兴旺筹商员/游经碧筹商员）；2018年至2023年先后在好意思国北卡罗来纳大学教堂山分校（UNC，调解导师：黄劲松西宾）及好意思国国度可再灵活力试验室（NREL，朱凯筹商员）从事博士后筹商使命；2022年入选国度国外高级次东说念主才策划；2023年加入中国科学院半导体筹商所材料科学要点试验室。

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蒋琦筹商员频年来在科研范围取得了丰硕的后果，发表了20余篇学术论文，其中以第一作家在Nature（两篇），Science，Nature Photonics，Nature Energy（两篇，其中一篇为共归拢作），Joule， Advanced Materials（两篇）等期刊上发表论文。其中单篇最高援用超越3000次，一齐论文总援用12000余次。

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2016年，蒋琦筹商员在《Nature Energy》上发表了一篇具有突破性道理的论文。她诳骗锻练交易化的SnO2胶体制备了电子传输材料，通过将SnO2纳米颗粒溶液旋涂在ITO玻璃基底上，酿成了高结晶质料的电子传输层。她制备的钙钛矿太阳能电板，结构为ITO/SnO2/(FAPbI3)x(MAPbBr3)1-x/Spiro-OMeTAD/Au，进展出了不凡的性能。这个调动形势飞速成为经典，导致Alfa公司的SnO2纳米漫步溶液供不应求，相关论文被援用超越1700次。

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2019年，蒋琦筹商员在《Nature Photonics》上发表了一篇紧迫论文，冲突了那时钙钛矿太阳能电板的最高遵守纪录。她的筹商后果获取了23.32%（准稳态）的认证遵守，显赫晋升了钙钛矿太阳能电板的性能。

2022年，当作好意思国国度可再灵活力试验室（NREL）的又名博士后，蒋琦筹商员报说念了一种新的名义工程处理形势。通过使用3-（氨基甲基）吡啶（3-Apy）对钙钛矿薄膜进行后处理，她收尾了流露的高性能反式钙钛矿太阳能电板，其认证遵守超越25%。这一后果以“Surface reaction for efficient and stable inverted perovskite solar cells”为题发表在《Nature》上。

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同庚，她发现谦让的气体淬火法产生了富含溴的上层，随后的柱状滋长产生了颓势密度缩短的薄膜。基于这些薄膜的太阳能电板在 65°C 下使命 2200 小时以上仍能保抓 90% 的遵守。全钙钛矿串联电板的遵守为 27.1%，开路电压高达 2.2 V。相关筹商后果以“Compositional texture engineering for highly stable wide-bandgap perovskite solar cells”为题发表在《Science》上。

2022年，童金辉和蒋琦筹商员共同展示了基于搀杂有机阳离子苯乙基铵（PEA）和胍基铵（GA）添加剂酿成的准二维（quasi-2D）结构(PEA)2GAPb2I7。这种结构提供了重要的颓势限度，显赫改善了窄带隙（1.25 eV）钙钛矿薄膜的结构和光电特色。相关筹商后果以“Carrier control in Sn–Pb perovskites via 2D cation engineering for all-perovskite tandem solar cells with improved efficiency and stability”为题发表在《Nature Energy》上。

2023年，蒋琦筹商员进一步筹商了高谦让光照对室内老化试验的影响，发现这些因素是预测室外要求下运行流露性的重要压力因素。她通过在试验室中进行相对较短时辰（少于几百小时）的光和热流露性测试，凯旋预测了永远户外老化情况。相关筹商后果以“Towards linking lab and field lifetimes of perovskite solar cells”为题发表在《Nature》上。

蒋琦筹商员的筹商不仅在学术界获取了高度招供，也对太阳能电板的实质应用产生了深切影响。近日，朱凯西宾和蒋琦筹商员在《Nature Reviews Materials》上发表综述论文，底下，小编带全球拜读一下这篇论文。

具有正-本征-负（p-i-n，或时时称为额外）结构的钙钛矿太阳能电板（PSC）由于其功率障碍遵守快速提高、易于推广制造、可靠，对交易化越来越有勾引力与多样基于钙钛矿的串联器件树立的操作和兼容性。在这里，朱凯西宾和蒋琦筹商员转头了制造高效且流露的 p-i-n PSC 的重要材料和器件看做事项。领先，作家总结了电荷传输材料的重要进展，这关于电力障碍遵守的快速越过至关紧迫。其次，作家参议有出路的钙钛矿要素和制造形势。作家要点先容了改善钙钛矿层的多样增材工程形势以及针对埋层或顶部钙钛矿名义层的界面工程计谋。第三，作家转头了串联器件的进展，要点慈祥互连层的优化。接下来，作家总结了提高 p-i-n PSC 流露性的近况和计谋，相等是计划到户外应用的挑战。作家还对改日的筹商标的和挑战进行了忖度。

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图 1：典型的钙钛矿太阳能电板结构和显豁的器件遵守越过

电荷传输层

与n-i-p结构比较，p-i-n钙钛矿太阳能电板（PSCs）发展较慢，主要因电荷传输层（CTL）的电性能不睬思及能级不匹配，导致电荷索取效果差，界面非放射复合限度了其光电障碍遵守（PCE）。常用CTL包括自拼装单层（SAM）材料、氧化物、富勒烯过火繁衍物、团聚物等。团聚物HTM如PEDOT:PSS和PTAA固然常用于p-i-n PSC，但存在酸性、吸水性和能级不匹配等问题。无机HTM如NiOx因流露性和能级合适被凡俗筹商，但需通过名义钝化、掺杂等形势克服名义颓势和导电率低等挑战。合理狡计和引诱有机分子计谋有望晋升p-i-n PSCs的遵守和流露性。

图2：高效p-i-n钙钛矿太阳能电板的代表性电荷传输材料

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钙钛矿给与层

电子传输层（ETL）在p-i-n钙钛矿太阳能电板（PSCs）中起珍惜要作用，不仅能有用索取电子，还能松开环境氧气和水分对钙钛矿层的影响。常用的ETL材料包括富勒烯基材料、n型共轭团聚物和n型金属氧化物。富勒烯基ETL如C60和PCBM因其高电子迁徙率和低温加工上风凡俗应用，但资本高和能级问题限度了其性能。无机替代品如SnO2和ZnO因其流露性好、资本低，成为ETL筹商的热门。此外，皇冠下注增材制造在提高钙钛矿薄膜质料和流露性方面证据了紧迫作用（图3）。添加剂不错通过调度钙钛矿的结晶历程，钝化颓势并改善界面特色，从而晋升器件的遵守和流露性。举例，小分子和离子液体添加剂能有用扼制电荷载流子的复合，提高薄膜的遍及性和均匀性。改日的筹商可能围聚在非富勒烯材料和无机金属氧化物的顺利千里积上，引诱增材制造计谋，以进一步晋升p-i-n PSCs的性能和流露性。

图3：钙钛矿层的增材制造

p–i–n PSCs的界面工程

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钙钛矿-ETL顶层界面工程：显现的钙钛矿顶面上的高密度罗网，时时由未键合的悬垂键酿成，是导致名义复合赔本的主要原因。通过定制钙钛矿名义结尾基团进行名义改性，不错有用减少名义颓势，优化电子索取和空穴防碍，从而显赫晋升p-i-n PSCs的性能。这些改性形势不错改变功函数，减少名义颓势和复合赔本，并开释钙钛矿退火历程中酿成的名义残余应力。优化钙钛矿名义和构建有用钙钛矿-ETL界面的形势包括：糟跶钙钛矿顶部要素进行名义反馈，构建低维或三维异质结，以及在钙钛矿顶部锚定功能材料。名义硫化和小分子处理（如3-APy）可钝假名义并增强电荷索取，提高器件遵守和流露性。有机盐如GABr、PEAI等当作钝化剂，能减少非放射复合赔本，提高器件性能。通过这些形势，不错收尾高效、流露的p-i-n钙钛矿太阳能电板。

图4：钙钛矿-电子传输层界面工程

钙钛矿-HTL底部界面工程：优化底部HTL-钙钛矿界靠近晋升p-i-n PSC的性能至关紧迫，因为该界面存在高密度深层罗网态，影响钙钛矿薄膜的结晶和滋长。然则，埋藏的HTL-钙钛矿界面筹商较少，且由于钙钛矿前体溶剂的高熔化度，界面改性剂容易被洗掉，难以调制。不同HTL基板的界面问题互异，举例PTAA名义疏水，需要有机盐处理以提高润湿性；基于SAM的修饰可贬责Me-4PACz的疏水性；NiOx-钙钛矿界面则通过SAM和NiOx引诱的双层结构改善界面能级胪列和钝化颓势，增强器件流露性。因此，遴荐无损样品制造和表征形势优化埋藏的HTL-钙钛矿界靠近提高p-i-n PSC性能至关紧迫。

图5：空穴输运层-钙钛矿底面工程

基于 p–i–n PSC 的串联器件

在两头串联太阳能电板中，互连层（ICL）统一顶部和底部子电板，对全体性能至关紧迫。ICL包括电荷复合层（CRL），应促进电子和空穴的有用复合，不产生电压赔本。常用材料有TCO（如ITO、IZO）和超薄金属层（如银、金）。理思的ICL需具备高密度、化学惰性、导电性、低横向电导率和光学透明性，同期耐高谦让物理弹性。钙钛矿-有机串联电板的互连颓势和能量赔本限度了其遵守。优化计谋包括使TCO层更薄，引入新材料提高欧姆战斗和透光率。高电子迁徙率的TCO和金属化决策能松开寄生给与赔本，晋升电板性能和流露性

图6：互连层和顶部透明电极触点狡计

流露性进展

作家慈祥钙钛矿太阳能电板（PSC）在照明、偏置和热下的流露性。通过环氧树脂和聚异丁烯等封装材料，能有用松热水分和氧气引起的降解。提高PSC流露性的重要在于优化钙钛矿层的固有流露性和确保电荷传输层的均匀性。浸透障蔽如Au/碳和TCO电极能提高PSC流露性，但需贬责资本和永恒性问题。化学惰性金属如铬（Cr/Cr2O3）也值得探索。使用铵-吡啶小分子或非反馈性铵配体进行界面工程，能显赫提高流露性。此外，通过气体淬灭优化钙钛矿结晶形势也有用。实质要求下的室外测试高慢，PSC在高谦让太阳光谱下能保抓大部分脱手遵守，但需要更多现场流露性测试来考据PSC的永远可靠性。

图7：钙钛矿太阳能电板的流露性

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总结与忖度

自2022年以来，p-i-n PSC的光电障碍遵守（PCE）已超越25%，并通过了多项IEC圭表。这一进展成绩于HTL拓荒、钙钛矿千里积和界面工程的校正。优化HTL处理、添加剂和界面改性计谋对晋升性能至关紧迫，尤其是适用于多样钙钛矿要素和器件堆栈。双面p-i-n PSC具有晋升遵守和流露性的后劲，诳骗环境反射和散射光增强能量输出。举例，双面单结p-i-n PSC在不同倒映率下遵守可达27%-29%。改日筹商应更厚慈祥户外测试要求下的永远流露性，因户外操作触及多个压力源，加多了成立操作的弗成预测性。

现时流露性筹商主要围聚在电板层面，模块级的流露性更复杂，需要新的计谋来应付。这篇综述旨在引起学术和工业界对p-i-n PSC拓荒的酷好，同期勾引对钙钛矿材料、太阳能本领和新式光电器件感酷好的团体。

图8：双面钙钛矿太阳能电板

泉源：高分子科学前沿

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