近日，我校材料科学与工程学院赵奎教授和刘生忠教授带领的团队在二维钙钛矿成膜动力学研究及高效稳定二维钙钛矿太阳能电池制备方面取得重要进展。相关结果发表在《美国化学会志》上（Journal of the American Chemical Society, DOI: 10.1021/jacs.8b13104. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b13104）。张亚兰硕士研究生为论文第一作者。

有机无机杂化钙钛矿因其卓越的光电性能以及可溶液法制备等优点，得到了广泛的研究关注。其中，层间阳离子交替的新型二维钙钛矿(ACI)与常见的Ruddlesden-Popper (RP)钙钛矿相比具有不同的物理性质和新型结构。然而，人们对这种钙钛矿薄膜的结晶机制及其对薄膜形貌，光电性能和最终光伏器件的影响还缺乏认识，这严重阻碍了钙钛矿太阳能电池性能的提高。

针对ACI 2D钙钛矿成膜动力学，研究人员采用反溶剂辅助法和热旋涂法来控制无序溶胶-凝胶前驱体向晶相的动力学转变，并研究了这一动力学过程如何影响薄膜形貌及其光伏性能。研究通过实时追踪技术揭示了一个复杂的成膜过程，即无序溶胶-凝胶前驱体−−中间相−−最终的ACI 2D钙钛矿，热退火过程部分GA₂PbI₄中间相解体，形成ACI和1D GAPbI₃钙钛矿, GA₂PbI₄中间相受成膜方法影响，决定最终的薄膜中副产物GAPbI₃的形成及不同n相的ACI钙钛矿的分布，突出了中间相的调控对于得到高质量薄膜和高性能光伏器件的重要性；通过瞬态吸收光谱证实了不同n相的钙钛矿之间存在内部电荷转移；而后在成膜动力学指导下制备了光电转换效率（PCE）14.7%的2D钙钛矿太阳能电池，与3D MAPbI₃钙钛矿太阳能电池相比大大提高了器件的长期稳定性。这一成果将有助于进一步提高钙钛矿太阳能电池性能。

该团队在相关领域已经发表了多篇论文，如：

2D/3D钙钛矿本体异质结和晶界钝化相结合制备空气稳定且高效的甲脒基钙钛矿太阳电池，Niu, et al., Energy Environ. Sci. 2018, 11, 3358.

(http://dx.doi.org/10.1039/C8EE02542H)

高性能Ruddlesden-Popper钙钛矿太阳能电池的相转变控制，

Zhang, et al., Adv. Mater. 2018, 30, 1707166.

(https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29611240)

通过晶界钝化制备稳定高性能的钙钛矿太阳能电池，

Niu, et al., Adv. Mater. 2018, 30, 1706576.

(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201706576)

高性能刮涂钙钛矿太阳能电池的相变控制，

Li, et al., Joule 2018, 2, 1313.

(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118301715)

基于低温梯度结晶制备的大英寸高质量钙钛矿单晶的高性能光电探测器，

Liu, et al., Mater. Today 2018. 10.1016/j.mattod.2018.04.002.

(https://doi.org/10.1016/j.mattod.2018.04.002)

高效Ruddlesden Popper卤化钙钛矿PA₂MA₄Pb₅I₁₆太阳能电池，

Cheng, et al., ACS Energy Lett. 2018, 3, 1975.

(https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.8b01153)

铯掺杂的高效稳定的二维钙钛矿太阳能电池，

Zhang, et al., Energy Environ. Sci. 2017, 10, 2095.

(https://doi.org/10.1039/c7ee01145h)

厚度和形状控制的超薄单晶钙钛矿晶片用于大规模制备高性能光电器件，

Liu, et al., Adv. Mater. 2016, 28, 9204.

(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201601995)

用溶液法处理的硫氰酸盐(CuSCN)做空穴输送层制备高效钙钛矿太阳能电池，

Zhao, et al., J. Mater. Chem. A 2015, 3, 20554.

(https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2015/ta/c5ta04028k)

该研究工作得到中国国家重点研究与发展计划、中央高校基础研究基金、国家自然科学基金项目、111项目、创新团队等项目的资助。