纳米人编辑部对2019年国内外重要科研团队的代表性重要成果进行了梳理，今天，我们要介绍的是，日本冲绳科学技术研究所(OIST)的戚亚冰教授课题组。

戚亚冰教授的课题研究领域包括研发新一代低成本高性能能源转化材料（如钙钛矿太阳能电池）, 储能材料（如锂离子电池）以及利用表面科学和先进表征技术（XPS, UPS, IPES, STM, AFM等）来研究能源器件中的表界面问题。

钙钛矿太阳能电池的效率已经突破25%，但是，低成本、大面积和高效率的器件的制备，以及解决铅的毒性问题仍亟需解决。2019年戚亚冰教授团队在这两个方面发表了诸多成果。

下面，我们简要介绍戚亚冰教授课题组2019年部分重要成果，供大家交流学习（仅限于通讯作者文章，以online时间为准）。

1、Nature Energy: 基于自修复聚合物的封装，减少破损钙钛矿模组的铅泄漏

近年来，决定钙钛矿光伏技术商业化的主要因素已经从太阳能电池性能转向稳定性、再现性，器件升级以及在器件使用寿命期间防止模组中的铅（Pb）泄漏。戚亚冰团队模拟了一个现实场景，其中具有不同封装方法的钙钛矿模组受到冰雹影响（改进的FM44787标准）的机械损坏，并定量测量各种天气条件下的Pb泄漏率。

研究表明，与基于模块边缘处具有紫外线固化树脂的玻璃盖的封装方法相比，基于环氧树脂的封装方法将Pb泄漏率降低了375倍。环氧树脂封装中较大的Pb泄漏减少与其在工作条件下的最佳自愈特性和其增加的机械强度相关。该研究表明，如果采用适当的封装，钙钛矿光伏产品可以以最小的Pb泄漏进行实际应用。

Reductionof lead leakage from damaged lead halide perovskite solar modules usingself-healing polymer-based encapsulation. Nature Energy，2019

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0406-2

2、戚亚冰&鄢炎发JACS：强强联手！揭示混合卤化物对钙钛矿稳定性的影响

戚亚冰联合美国托莱多大学鄢炎发团队首次成功地确定了混合的CH₃NH₃PbBr_3-yI_y和CH₃NH₃PbBr_3-zCl_z钙钛矿晶格中I和Cl的准确位置，并将其与薄膜增强的稳定性相关联。通过STM和DFT研究发现，I和Cl的掺入对CH₃NH₃PbBr₃钙钛矿材料的电子性质和稳定性具有相反的影响。XPS研究发现氯的引入可以增加钙钛矿的稳定性。研究结果为目前关于卤化物掺入的争论提供了答案，并证明了其对器件稳定性的直接影响。

Unravelingthe impact of halide mixing on perovskite stability. J. Am. Chem. Soc. 2019

DOI: 10.1021/jacs.8b11210.

https://doi.org/10.1021/jacs.8b11210

3、AEM：无铅浪费，规模化制备钙钛矿太阳能组件的技术问世！

戚亚冰团队报道了一种结合光栅超声喷涂和化学气相沉积的可膨胀钙钛矿薄膜沉积方法。该方法克服了现有固定喷雾，单程喷雾和旋涂方法的涂层尺寸限制。与旋涂法（> 90％Pb废料）相比，PbI₂沉积过程中可忽略不计的Pb浪费使该方法更加环保。通过大面积兼容表征方法，证实了整个5 cm×5 cm区域的钙钛矿具有出色薄膜均匀性。通过这种方法沉积的FAPb（I_0.85Br_0.15）₃钙钛矿层，有效面积12.0 cm²的组件显示出14.7％的效率和出色的稳定性。

Jiang, Y. et al. Negligible-Pb-Waste and UpscalablePerovskite Deposition Technology for High-Operational-Stability PerovskiteSolar Modules. Adv. Energy Mater.

DOI: 10.1002/aenm.201803047.

https://doi.org/10.1002/aenm.201803047

4、AM：“双85”老化，碳电极的钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池（PSC）对热应力和湿度的不稳定性是阻碍其商业化和实际应用的一个大问题。戚亚冰团队通过结合热稳定的甲脒铯基钙钛矿和耐湿碳电极，制造稳定的PSC。并在85°C和85％的相对湿度（“双85”老化条件）的条件下，老化192小时后，未封装的器件保持初始值的77％。然而，钙钛矿和碳电极之间的界面处的能级不匹配限制了电荷收集并导致差的器件性能。通引入了一层薄的聚（环氧乙烷）（PEO）以实现改进的界面能级对准。最终，器件的效率从12.2％增加到14.9％。

Wu Z, Liu Z, et al. Highly Efficient andStablePerovskite Solar Cells via Modification of Energy Levels at thePerovskite/Carbon Electrode Interface. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201804284

https://doi.org/10.1002/adma.201804284

5、ACS Energy Lett.综述：钙钛矿太阳能电池和模块

虽然小面积金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）显示PCE高达25.2％，但小面积和大面积PSC器件之间的效率差距仍然很大。陕西师范大学的刘生忠和戚亚冰团队分享对制造面积超过200 cm²的组件的当前阶段挑战的看法，并总结了最近在缩小效率差距方面取得的进展，强调了进一步研究将钙钛矿光伏技术转向工业规模。这些策略包括学习其他商业化薄膜光伏技术，分析采用基于溶液和蒸汽的可升级制造技术和优化大面积模块设计的钙钛矿太阳能模块的现状。考虑到成本分析和工作稳定性曲线，基于碳电极的器件具有很大潜力。

Upscalable Fabrication of Metal HalidePerovskite Solar Cells and Modules. ACS Energy Lett., 2019

DOI: 10.1021/acsenergylett.9b01396 (2019)

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01396

6、Science: 稳定的CsPbI₃基钙钛矿太阳能电池

上海交通大学赵一新团队联合MichaelGrätzel以及M. Ibrahim Dar和戚亚冰等人制备了高结晶度的β-CsPbI₃薄膜，具有更广泛的光谱响应和增强的相稳定性。基于同步加速器的X射线散射揭示了高度取向的β-CsPbI₃晶粒的存在，并且利用敏感的元素分析证实了CsPbI₃组成。通过用碘化胆碱表面处理进一步减轻了钙钛矿层中裂缝和孔洞的影响，这增加了电荷载流子寿命并改善了β-CsPbI₃吸收层和载流子选择性接触之间的能级匹配。制备的钙钛矿太阳能电池具有高度可重复性和稳定的效率，在45±5℃的环境条件下达到18.4％。

Thermodynamically stabilized β-CsPbI₃–based perovskite solarcells with efficiencies >18%

https://science.sciencemag.org/content/365/6453/591

7、AEM综述: 基于ABX₃的钙钛矿太阳能电池表面科学研究

ABX₃型金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSC）的效率已超过25％，朝着理论极限发展。要获得PSC的全部潜力，需要了解器件的工作机制和电荷复合，材料质量以及能级匹配等方面。戚亚冰团队从表面/界面科学研究的角度介绍了设计PSC的重要性。为此目的，讨论了最近的案例研究，以证明通过表面科学技术探测钙钛矿中的局部异质性（例如晶粒，晶粒边界，原子结构等）如何有助于将材料特性与PSC器件性能相关联。

重点讨论了钙钛矿膜中电子缺陷的产生和修复如何限制器件效率，再现性和稳定性，以及如何在电流-电压曲线中引起时间依赖性瞬态行为。在这些研究的基础上，提出了进一步提高效率和稳定性以及减少回滞的策略。

Progress of Surface Science Studies on ABX₃‐Based Metal Halide Perovskite Solar Cells，Adv.Energy Mater. 2019

DOI: 10.1002/aenm.201902726

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201902726#

8、ACS Energy Lett.：配体钝化工程制备绿光到蓝光射CsPbBr₃量子点薄膜

获得具有从绿色到蓝色的可调颜色的CsPbCl_xBr_3-x量子点（QD）膜仍是一项巨大的挑战。戚亚冰团队开发了一种简单一步旋涂结合有效配体钝化的策略。CsPbBr₃ QD的尺寸限制是通过二铵配体丙烷1,3-溴化二铵（PDAB）实现的。进一步研究表明，苯乙铵溴化物（PEAB）与PDAB的混合配体体系，以增强其光学性能。CsPbBr₃量子点在空气暴露下经历了第二个生长过程，该过程用于实现其尺寸控制和发射波长可调性。基于CsPbBr₃ QDs的器件在偏压下的电致发光中没有光谱漂移。

Engineering green-to-blue emitting CsPbBr₃ quantum-dotfilms with efficient ligand passivation，ACS Energy Lett.2019

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02032

戚亚冰教授，日本冲绳科学技术研究所（OIST）能源材料与表面科学研究团队学术带头人（PI）、博士生导师。2000年于南京大学取得学士学位，2002年于香港科技大学取得硕士学位，2008年于美国加州大学伯克利分校取得博士学位，2008年至2011年在美国普林斯顿大学进行博士后研究。2011年起就职于日本冲绳科学技术研究所。

戚亚冰教授在国际重要学术期刊上已发表SCI论文100余篇，其中以通讯作者在领域内主要杂志Nat. Energy, Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Energy Environ. Sci.,Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Energy Mater., Joule, ACS Energy Lett.,J. Phys. Chem. Lett., Chem. Mater. 等杂志上发表论文60余篇，多篇论文为ESI高被引论文，并有11篇论文被选为杂志封面。在重要国际会议上作特邀报告40余次，并作为会议主席或主要组织者组织了International Symposiumon Organic Electronics，International Symposium on FunctionalMaterials、International Symposium on Energy Science andTechnology、美国材料学会年会（MRS Meetings）钙钛矿太阳能电池分会等多次国际会议，2017年获日本材料学会颁发的青年科学家奖。

课题组主页：https://groups.oist.jp/emssu

（注：以上简介及部分图片整理自网络）