福师大团队综述钙钛矿交联策略，为解决电池稳定性难题带来指导
近些年，随着有机-无机杂化钙钛矿材料光伏技术的强势崛起，在新一代可溶液加工型光伏电池中，钙钛矿光伏电池已然成为最受学界和业界青睐的薄膜电池。
相比传统光伏电池比如晶硅电池、或以铜铟镓硒为代表的薄膜电池，钙钛矿电池制备成本低廉、产业链简短、原材料易得、理论光电转换效率也更高。
此外，钙钛矿材料体系因其较强的吸光能力、易调的光电性能以及较强的缺陷容忍度，拥有着更大的科研探索空间，也正因为此近十年来钙钛矿电池的效率迭代速度最为显著。
然而，尽管钙钛矿电池有着高效率和低成本两大优势，其稳定性问题一直没有得到根本性解决，这也严重制约了它的商业化进程。
钙钛矿电池的不稳定性主要来源于两方面：
一是钙钛矿材料本身“软晶格”的属性，导致其在光、电、热等外界刺激下很容易解离和降解；
二是钙钛矿成膜后往往会形成较多的表面缺陷，降低其与相邻辅助功能层之间的界面接触，从而影响器件的长期工作稳定性。
近年来，研究者们一直在寻求简单高效的钙钛矿稳定策略，从化学分子设计到材料性能调控，再到器件物理解析以及制备工艺探索，许多提高钙钛矿电池稳定性的方法被不断地报道出来。
其中，福建师范大学王漾教授课题组注意到：交联策略在近些年来被许多团队所采用，无论是以添加剂调控、界面修饰工程，抑或电荷传输层构筑以及封装材料选取等方式，都显著提升了钙钛矿电池的湿/热稳定性以及工作稳定性。
图 | 王漾（来源：王漾）
可交联材料是一种可以在特定条件之下发生化学反应形成共价键或通过分子之间的相互作用形成具有三维网络结构的化合物。
交联后的材料一般具有优异的光/热稳定性、以及良好的耐溶剂腐蚀性。事实上，交联策略很早就应用于有机光电器件领域，比如有机发光二极管和有机太阳能电池 [1]。值得注意的是，交联策略在提升钙钛矿电池尤其是柔性大面积组件的效率和稳定性方面亦有巨大的潜力。
因此，为了探寻钙钛矿电池领域更加前沿的研究方向，也为解决钙钛矿电池稳定性难题提供设计思路和指导思想，该团队及时总结了前人的工作，同时结合本课题组的研究工作提出了一些看法和见解，从而撰写了一篇综述论文。
日前，相关论文以《用于高效高稳定钙钛矿太阳能电池的交联策略》（Cross-linking strategies for efficient and highly stable perovskite solar cells）为题发在 Journal of Materials Chemistry C[2]，福建师范大学博士生王旭冉是第一作者，王漾教授和中国科学院院士黄维担任共同通讯作者。
图 | 相关论文（来源：Journal of Materials Chemistry Cm）
如前所述，本次综述论文主要聚焦交联策略在钙钛矿电池中的应用。
首先，他们分析了钙钛矿电池中的几种不稳定性因素，比如钙钛矿结构的不稳定性，湿度、加热、以及光照下电池的不稳定性。
接着，他们引出了交联策略的应用价值，包括其定义、特点和所涉及到的材料结构、特性以及反应机理和加工方式等。
随之根据交联策略的具体应用场景，从以下几个方面展开详细论述：
第一方面是交联分子作为添加剂，可被应用于钙钛矿活性层；
第二方面是交联分子作为修饰层，可以改善钙钛矿表界面属性；
第三方面是交联型空穴传输材料与电子传输材料的设计与构筑；
第四方面是交联分子作为封装材料在钙钛矿电池中的应用。
最后，他们总结了交联策略在实际应用中的不足之处，并提出了未来的发展方向。
比如进一步优化交联材料特性、通过功能化设计调控材料的光电属性、开发紧缺的高效稳定的电荷传输材料、以及协同运用交联策略比如合理构筑交联型界面锁等，从而帮助人们实现高稳定性的钙钛矿电池组件。
为了更加系统地论述有关交联策略在钙钛矿电池中运用方面的工作，课题组在文献收集、调研、讨论、撰写方面花了不少时间。
王漾说：“在此也感谢我的第一个博士生王旭冉同学，以及我的第一届硕士生丁子午、刘星宇和黄小镇同学，这篇综述论文事实上是我们课题组建立以来第一篇团队合作完成的工作，确实具有重要的意义。”
事实上，当这篇综述论文还处于审稿期间之时，复旦大学团队和中国科学院化学研究所团队就已经在国际顶刊上发表了相似主题的综述论文 [3,4]。
这表明领域之内的学者，对于交联策略在稳定钙钛矿电池方面所展现出的应用潜力是普遍认可且寄予厚望的。
另据悉，王漾课题组长期从事新型有机共轭分子设计、光电功能材料合成与器件应用等方面的研究。
近期以及未来几年他们的研究重心，都会聚焦于柔性大面积钙钛矿电池中关键有机功能材料的设计与研发。
而为了推动光伏技术的产业化进程，课题组的过往成果始终体现着“高性能、低成本、高稳定性”的指导思想。他们的往期主要代表性成果可以概括为以下三个方面：
其一，他们曾提出分子集成设计策略和树枝工程策略，开发了高性能有机界面材料，创下反式钙钛矿电池同期最高能量转换效率记录，相关论文发表 Advanced Materials 和 Science China Chemistry 上。
其二，他们采用锚定基团辅助策略和氟化策略，开发了高性能、低成本的有机界面材料，并强化了材料的绿色溶剂加工特性与普适性应用价值，相关论文发表在 Nature Energy 和 Journal of the American Chemical Society 上。
其三，他们运用交联设计策略，开发了兼具高性能、低成本、高稳定性的有机界面材料，实现了高效稳定的钙钛矿光伏电池，相关论文发表在 Advanced Materials 上。
另据悉，在加入福建师范大学之前，王漾曾在中国台湾做过博士后研究。其表示，自己在博士期间主要从事有机发光二极管中发光材料的研发。
来到中国台湾清华大学后，他跟随亚太材料科学院院士、台湾特聘讲座教授季昀开始研究钙钛矿电池中的电荷传输材料，相当于从电致发光转向光伏发电的研究。
尽管方向上有一些变化，但研究核心还是有机半导体材料的设计合成，只不过应用端有所不同而已。
所幸的是，王漾在博士期间就比较关注有机半导体材料的不同光电特性及其器件应用，所以博后阶段的方向转换并没有对他造成很大困扰，相反愈发激起了他对有机光电功能材料这一领域的研究兴趣。
他说：“那时刚好是钙钛矿电池研究兴起的初级阶段，我也算搭上了这一研究领域的早班车。当然也很幸运，在台湾期间我在 Advanced Energy Materials 上发表了我从事学术研究以来第一篇影响因子大于 20 的论文。”
他继续说道，正是得益于在中国台湾做博士后时的工作积累，之后他到南方科技大学做博后时，才可以游刃有余地将相关工作进行拓展与延伸，并开始在领域内取得一些突破性成果。
而他当下所就职的福建师范大学海峡柔性电子（未来科技）学院成立于 2021 年 7 月，也是福建省第四个省实验室海峡创新实验室的共建依托平台，由黄维院士领衔创建。
2022 年初，王漾入职福建师范大学。他表示尽管自己入职时间不长，但得到了学校和学院的大力支持。
目前，他拥有 200 平米的实验室，充足的研究经费，每年 2-4 名硕士研究生，并且协助黄维院士指导 2 名博士研究生，最近团队也引进 1 名“青年英才”副教授。
其表示：“福建师范大学是一所百年省属高等学府，拥有化学、物理学、光学工程等 21 个博士学位授权一级学科，而且福州确实是气候宜人、适于定居的好地方。诚挚欢迎对科研有着浓厚兴趣、勤奋踏实并有良好团队协作精神的学生加入我们团队（[email protected]）。”
参考资料：
1. J. Mater. Chem. A, 2022, 10, 18542
2. Wang, Y., Wang, X., Ding, Z., Wang, Y., & Huang, W. (2023). Cross-linking strategies for efficient and highly stable perovskite solar cells.Journal of Materials Chemistry C.
3. Small, 2023, 19, 2304189
4. Energy Environ. Sci., 2023, 16, 4251
学院网址：https://sife.fjnu.edu.cn/main.htm
课题组网页：https://www.x-mol.com/groups/steven_wangyang
排版：朵克斯