納米人編輯部對2019年國內外重要科研團隊的代表性重要成果進行了梳理，今天，我們要介紹的是，日本沖繩科學技術研究所(OIST)的戚亞冰教授課題組。
戚亞冰教授的課題研究領域包括研發新一代低成本高性能能源轉化材料（如鈣鈦礦太陽能電池）, 儲能材料（如鋰離子電池）以及利用表面科學和先進表征技術（XPS, UPS, IPES, STM, AFM等）來研究能源器件中的表界面問題。
鈣鈦礦太陽能電池的效率已經突破25%，但是，低成本、大面積和高效率的器件的制備，以及解決鉛的毒性問題仍亟需解決。2019年戚亞冰教授團隊在這兩個方面發表了諸多成果。
下面，我們簡要介紹戚亞冰教授課題組2019年部分重要成果，供大家交流學習（僅限于通訊作者文章，以online時間為準）。
1、Nature Energy: 基于自修復聚合物的封裝，減少破損鈣鈦礦模組的鉛泄漏
近年來，決定鈣鈦礦光伏技術商業化的主要因素已經從太陽能電池性能轉向穩定性、再現性，器件升級以及在器件使用壽命期間防止模組中的鉛（Pb）泄漏。戚亞冰團隊模擬了一個現實場景，其中具有不同封裝方法的鈣鈦礦模組受到冰雹影響（改進的FM44787標準）的機械損壞，并定量測量各種天氣條件下的Pb泄漏率。
研究表明，與基于模塊邊緣處具有紫外線固化樹脂的玻璃蓋的封裝方法相比，基于環氧樹脂的封裝方法將Pb泄漏率降低了375倍。環氧樹脂封裝中較大的Pb泄漏減少與其在工作條件下的最佳自愈特性和其增加的機械強度相關。該研究表明，如果采用適當的封裝，鈣鈦礦光伏產品可以以最小的Pb泄漏進行實際應用。
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、戚亞冰&鄢炎發JACS：強強聯手！揭示混合鹵化物對鈣鈦礦穩定性的影響
戚亞冰聯合美國托萊多大學鄢炎發團隊首次成功地確定了混合的CH3NH3PbBr3-yIy和CH3NH3PbBr3-zClz鈣鈦礦晶格中I和Cl的準確位置，并將其與薄膜增強的穩定性相關聯。通過STM和DFT研究發現，I和Cl的摻入對CH3NH3PbBr3鈣鈦礦材料的電子性質和穩定性具有相反的影響。XPS研究發現氯的引入可以增加鈣鈦礦的穩定性。研究結果為目前關于鹵化物摻入的爭論提供了答案，并證明了其對器件穩定性的直接影響。
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：無鉛浪費，規模化制備鈣鈦礦太陽能組件的技術問世！
戚亞冰團隊報道了一種結合光柵超聲噴涂和化學氣相沉積的可膨脹鈣鈦礦薄膜沉積方法。該方法克服了現有固定噴霧，單程噴霧和旋涂方法的涂層尺寸限制。與旋涂法（> 90％Pb廢料）相比，PbI2沉積過程中可忽略不計的Pb浪費使該方法更加環保。通過大面積兼容表征方法，證實了整個5 cm×5 cm區域的鈣鈦礦具有出色薄膜均勻性。通過這種方法沉積的FAPb（I0.85Br0.15）3鈣鈦礦層，有效面積12.0 cm2的組件顯示出14.7％的效率和出色的穩定性。
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：“雙85”老化，碳電極的鈣鈦礦太陽能電池
鈣鈦礦太陽能電池（PSC）對熱應力和濕度的不穩定性是阻礙其商業化和實際應用的一個大問題。戚亞冰團隊通過結合熱穩定的甲脒銫基鈣鈦礦和耐濕碳電極，制造穩定的PSC。并在85°C和85％的相對濕度（“雙85”老化條件）的條件下，老化192小時后，未封裝的器件保持初始值的77％。然而，鈣鈦礦和碳電極之間的界面處的能級不匹配限制了電荷收集并導致差的器件性能。通引入了一層薄的聚（環氧乙烷）（PEO）以實現改進的界面能級對準。最終，器件的效率從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.綜述：鈣鈦礦太陽能電池和模塊
雖然小面積金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSC）顯示PCE高達25.2％，但小面積和大面積PSC器件之間的效率差距仍然很大。陜西師范大學的劉生忠和戚亞冰團隊分享對制造面積超過200 cm2的組件的當前階段挑戰的看法，并總結了最近在縮小效率差距方面取得的進展，強調了進一步研究將鈣鈦礦光伏技術轉向工業規模。這些策略包括學習其他商業化薄膜光伏技術，分析采用基于溶液和蒸汽的可升級制造技術和優化大面積模塊設計的鈣鈦礦太陽能模塊的現狀。考慮到成本分析和工作穩定性曲線，基于碳電極的器件具有很大潛力。
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: 穩定的CsPbI3基鈣鈦礦太陽能電池
上海交通大學趙一新團隊聯合MichaelGr?tzel以及M. Ibrahim Dar和戚亞冰等人制備了高結晶度的β-CsPbI3薄膜，具有更廣泛的光譜響應和增強的相穩定性。基于同步加速器的X射線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證實了CsPbI3組成。通過用碘化膽堿表面處理進一步減輕了鈣鈦礦層中裂縫和孔洞的影響，這增加了電荷載流子壽命并改善了β-CsPbI3吸收層和載流子選擇性接觸之間的能級匹配。制備的鈣鈦礦太陽能電池具有高度可重復性和穩定的效率，在45±5℃的環境條件下達到18.4％。
Thermodynamically stabilized β-CsPbI3–based perovskite solarcells with efficiencies >18%
https://science.sciencemag.org/content/365/6453/591
7、AEM綜述: 基于ABX3的鈣鈦礦太陽能電池表面科學研究
ABX3型金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的效率已超過25％，朝著理論極限發展。要獲得PSC的全部潛力，需要了解器件的工作機制和電荷復合，材料質量以及能級匹配等方面。戚亞冰團隊從表面/界面科學研究的角度介紹了設計PSC的重要性。為此目的，討論了最近的案例研究，以證明通過表面科學技術探測鈣鈦礦中的局部異質性（例如晶粒，晶粒邊界，原子結構等）如何有助于將材料特性與PSC器件性能相關聯。
重點討論了鈣鈦礦膜中電子缺陷的產生和修復如何限制器件效率，再現性和穩定性，以及如何在電流-電壓曲線中引起時間依賴性瞬態行為。在這些研究的基礎上，提出了進一步提高效率和穩定性以及減少回滯的策略。
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.：配體鈍化工程制備綠光到藍光射CsPbBr3量子點薄膜
獲得具有從綠色到藍色的可調顏色的CsPbClxBr3-x量子點（QD）膜仍是一項巨大的挑戰。戚亞冰團隊開發了一種簡單一步旋涂結合有效配體鈍化的策略。CsPbBr3 QD的尺寸限制是通過二銨配體丙烷1,3-溴化二銨（PDAB）實現的。進一步研究表明，苯乙銨溴化物（PEAB）與PDAB的混合配體體系，以增強其光學性能。CsPbBr3量子點在空氣暴露下經歷了第二個生長過程，該過程用于實現其尺寸控制和發射波長可調性。基于CsPbBr3 QDs的器件在偏壓下的電致發光中沒有光譜漂移。
Engineering green-to-blue emitting CsPbBr3 quantum-dotfilms with efficient ligand passivation，ACS Energy Lett.2019
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02032
戚亞冰教授，日本沖繩科學技術研究所（OIST）能源材料與表面科學研究團隊學術帶頭人（PI）、博士生導師。2000年于南京大學取得學士學位，2002年于香港科技大學取得碩士學位，2008年于美國加州大學伯克利分校取得博士學位，2008年至2011年在美國普林斯頓大學進行博士后研究。2011年起就職于日本沖繩科學技術研究所。
戚亞冰教授在國際重要學術期刊上已發表SCI論文100余篇，其中以通訊作者在領域內主要雜志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. 等雜志上發表論文60余篇，多篇論文為ESI高被引論文，并有11篇論文被選為雜志封面。在重要國際會議上作特邀報告40余次，并作為會議主席或主要組織者組織了International Symposiumon Organic Electronics，International Symposium on FunctionalMaterials、International Symposium on Energy Science andTechnology、美國材料學會年會（MRS Meetings）鈣鈦礦太陽能電池分會等多次國際會議，2017年獲日本材料學會頒發的青年科學家獎。
課題組主頁：https://groups.oist.jp/emssu
（注：以上簡介及部分圖片整理自網絡）
