周欢萍课题组致力于低成本/高效率太阳能电池(如钙钛矿)的材料设计，器件构筑；纳米结构与光电器件的耦合；基于半导体或太阳能电池的人工光能合成；新型功能材料(如半导体或者稀土)的合成、性质研究及其在光电领域的应用。

1、Science: Eu³⁺/Eu²⁺离子对赋予钙钛矿太阳能电池超稳操作耐久性

钙钛矿吸光层中的组分通常在器件加工和工作期间会产生铅（Pb⁰）和碘（I⁰）缺陷。这些缺陷不仅降低器件效率，而且加速器件的降解。北京大学周欢萍、孙聆东和严纯华院士课题组提出了一种全新的机制，即通过在钙钛矿吸光层中引入具有氧化还原活性的Eu³⁺-Eu²⁺的离子对，实现了寿命周期内的本征缺陷的消除，从而大大提升了电池的长期稳定性。

研究表明，Eu³⁺-Eu²⁺离子对充当“氧化还原穿梭”，其在周期性转变中同时氧化并减少I⁰缺陷。所制备的器件实现了21.52％效率。在标准太阳光照射和在最大功率点测试500小时后，器件仍分别保持92％和89％的效率，或者在85 ℃下加热1,500 h仍91％的原始效率。

A Eu³⁺-Eu²⁺ionredox shuttleimparts operational durability to Pb-I perovskite solar cells. Science, 2019.

http://science.sciencemag.org/content/363/6424/265/tab-pdf

2、JMCA：P4VP修饰Spiro-OMeTAD构筑高效稳定的钙钛矿太阳能电池

小分子材料由于其优异的空穴传输性质被广泛应用在钙钛矿太阳能电池和染料敏化太阳能电池。然而，这种小分子通常掺杂吸湿性添加剂和在环境应力下聚集和分层的掺杂剂，从而导致spiro薄膜出现针孔。

近日，北京理工大学的陈棋联合北京大学的周欢萍等人以传统使用的小分子Spiro-OMeTAD为例，通过在Spiro-OMeTAD引入hydrophobic polymericPoly(4-vinylpyridine) (P4VP)大大减少了spiro薄膜在器件制造和运行过程中的空洞。基于P4VP的钙钛矿太阳能电池显示出了优异的稳定性，空气环境下超过6,000h，PCE仍保持80%的初始效率。此外，P4VP可以使钙钛矿晶体中未配位的Pb位饱和，从而提高器件性能（经认证的PCE为20.6％），回滞可忽略不计。该工作为改善基于小分子的空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池和其他光电器件的稳定性提供了可行的方法。

Temporal and spatial pinhole constraint in small -molecule hole transport layers for stableand efficient perovskite photovoltaics

JMCA 2019

DOI: 10.1039/C9TA01070J

https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/ta/c9ta01070j

3、Nat. Commun.：碱性对钙钛矿太阳能电池缺陷性能和结晶动力学的影响

进一步最小化半导体吸光层中的缺陷态密度对于提高接近Shockley-Queisser极限的太阳能电池的功率转换效率是至关重要的。然而，缺乏一种控制前体化学的普适性策略，以降低碘基钙钛矿中缺陷密度。

北京大学的周欢萍团队通过对添加剂的碱度进行调整，深入研究前体溶液中的碱性环境，和薄膜制造过程中结晶动力学。并提出“残留自由（residual free）”弱碱性不仅通过调节有机阳离子的化学计量来缩小吸收层的带隙，而且还改善对应器件中的开路电压。因此，在平面异质结钙钛矿太阳能电池中具有413 mV的最小电压缺陷，实现了20.87％的认证效率。

Impacts of alkaline on the defects property and crystallizationkinetics in perovskite solar cells. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-09093-1

https://doi.org/10.1038/s41467-019-09093-1

4、Sol. RRL: 同构串联结构助力高效层状2D钙钛矿太阳能电池

相比体相钙钛矿材料，层状二维（层状2D）钙钛矿由于优异的材料稳定性，（特别是耐湿性）引起了研究人员对其光伏电池的极大兴趣。然而，长链有机分子的绝缘性的限制了载流子的传输能力，影响了器件效率。近日，北京大学的周欢萍团队通过使用层状2D钙钛矿的同质串联器件结构，实现形成具有足够光密度的较短载流子通路。

研究人员使用相同的层状2D钙钛矿（BA₂MA₃Pb₄I₁₃）研究和优化半透明器件和过滤器底部电池，成功制备了四端串联器件，其最高换效率为14.42％，比单个BA₂MA₃Pb₄I₁₃钙钛矿器件（11.02％）高30％。这些研究结果为开发基于层状2D钙钛矿太阳能电池和其他光电器件提出了可替代方案。

30% Enhancement of Efficiency in Layered 2DPerovskites Absorbers by Employing Homo-Tandem Structures，Sol. RRL 2019

DOI：10.1002/solr.201900083

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/solr.201900083

5、Adv. Mater.: 热力学优势晶体取向! 用于高效钙钛矿太阳能电池

晶体取向对钙钛矿薄膜的性质和所得器件性能有很大影响。混合阳离子钙钛矿中晶体取向（优选的晶面和相对于特定平面的晶体堆叠模式）的精确控制对器件性能的基本机制仍然不清楚。北京大学的周欢萍团队通过组合工程精细调节甲脒/甲基铵（FA/MA）混合阳离子钙钛矿中的热力学上有利的晶体取向。

研究表明，FA/MA比率影响混合钙钛矿的表面能，从而导致优先取向的变化。当平行于基底放置时，沿（001）晶面的优选生长影响电荷输送和收集性质。在优化条件下，混合阳离子钙钛矿（FA_1-xMA_xPbI_2.87Br_0.13(Cl)）太阳能电池的效率超过21％，认证效率为20.50±0.50％。

A Thermo dynamically Favored Crystal Orientation in MixedFormamidinium/Methylammonium Perovskite for Efficient Solar Cells. Advanced Materials, 2019.

DOI:10.1002/adma.201900390

https://doi.org/10.1002/adma.201900390

6、Nat. Energy：与氟化物的化学键合助力稳定的钙钛矿太阳能电池

陷在混合卤化物钙钛矿的降解过程中起重要作用，阻碍了它们在太阳能电池中的应用。在所有缺陷中，卤素阴离子和有机阳离子空位无处不在，促进离子扩散并导致表面和晶界处的薄膜分解。近日，北京大学的周欢萍团队利用氟化物高的电负性来同时钝化阴离子和阳离子空位。

经氟化钠处理，基于(Cs_0.05FA_0.54MA_0.41)Pb(I_0.98Br_0.02)₃ 的器件，研究人员获得了21.46％的效率（以及经认证的21.3％效率）。在最大功率点运行1,000小时后，该器件可保持其原始功率转换效率的90％。在第一原理密度泛函理论计算的帮助下，研究人员认为氟离子通过与周围铅和有机阳离子的化学键的独特强化来抑制卤素阴离子和有机阳离子空位的形成。

Cation and anion immobilizationthrough chemical bonding enhancement with fluorides for stable halideperovskite solar cells. Nature Energy 2019.

DOI: 10.1038/s41560-019-0382-6

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0382-6

7、AEM: 间隔阳离子的相互作用助力高效稳定的层状二维钙钛矿太阳能电池

层状2D（A₁）₂(A₂)_n-1B_nX_{3n+ 1}钙钛矿材料改善了所得太阳能电池的长期稳定性，但由于载流子生成/传输不良而阻碍了其功率转换效率。因此，需要合理的指导方针来设计有机间隔阳离子（A₁）。近日，北京大学的周欢萍团队在层状二维钙钛矿中使用混合的A₁阳离子来研究烷基胺阳离子和不饱和烷基胺阳离子之间的相互作用。

研究人员揭示了烷基胺间隔阳离子能够促进前驱体组装，这导致钙钛矿晶体的定向生长。不饱和的烷基胺阳离子进一步导致激子结合能降低，从而改善了2D钙钛矿中载流子的传输。通过混合两种阳离子，所制备的光伏电池的开路电压显著提高，效率为15.46％，这是基于（A₁）₂（A₂）₃Pb₄I₁₃层状2D钙钛矿的最高效率之一。设计原理的通用性可进一步扩展到其他阳离子组合。

The SpacerCations Interplay for Efficient and Stable Layered 2D Perovskite Solar Cells.AEM 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201901566

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901566

周欢萍教授简介

周欢萍：博士生导师，特聘研究员。2010年获得北京大学博士学位，导师：严纯华院士。2010-2015年，在美国加州大学洛杉矶分校从事博士后研究工作，导师：杨阳教授。2015.06至今，任职于北京大学工学院材料科学与工程系。入选2018 年度全球“35 岁以下科技创新 35 人”榜单。2019年，荣获首届“科学探索奖”。

周欢萍课题组致力于发展功能型无机，无机／有机杂化材料，并探索其在能源、催化等领域的应用。主要集中于稀土材料，半导体材料的多维度控制，包括纳米尺度(可控合成及生长机理、自组装)，微米尺度(薄膜生长，缺陷钝化，界面调控)以及宏观尺度(器件构筑)，及其在催化和能源领域的应用基础研究。在Science、 Nat. Commun.、 J. Am. Chem. Soc.、Nano Lett.、Adv. Mater.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.、Appl. Phys. Lett.等期刊上累计发表学术论文40余篇。被引用18,000余次， 涵盖材料、化学、物理、纳米技术、能源、工程等多个学科。

课题组主页：https://happyzhou.wixsite.com/happylabs

（注：以上简介及部分图片整理自网络和北京大学官网）