主要观点总结
北京大学材料科学与工程学院教授周欢萍在一周内连续在顶级国际学术刊物《科学》（Science）上发表两篇关于钙钛矿太阳能电池的研究论文。论文分别涉及晶圆级单层MoS2薄膜集成和通过碘嵌入制备非合金α-FAPbI3太阳能电池的研究。
关键观点总结
关键观点1: 周欢萍教授在一周内连续在《科学》发表两篇研究论文。
发表的两篇论文分别涉及钙钛矿太阳能电池的不同研究方向，都是该领域的重大进展。
关键观点2: 首篇论文关注晶圆级单层MoS2薄膜集成。
周欢萍教授团队将晶圆级连续单层MoS2集成到钙钛矿层的上下界面，显著增强了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。该研究通过界面工程将二维材料与软晶格光电材料结合，为相关领域高效稳定器件的构建提供了有效策略。
关键观点3: 第二篇论文关注通过碘嵌入制备非合金α-FAPbI3太阳能电池。
针对甲脒基钙钛矿的结晶质量和稳定性问题，周欢萍教授团队通过碘嵌入-脱嵌策略，制备了高质量的非合金化α-FAPbI3钙钛矿薄膜及相应器件，显著提高了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。该研究为软离子晶格的光电材料的制备提供了新的调控思路。
正文
仅一周的时间，北京大学材料科学与工程学院周欢萍教授连续两度在国际顶级学术刊物《科学》（Science）上发文。
1月9日，北京大学周欢萍教授、张艳锋教授（共同通讯作者）在Science上发表了题为“Wafer-scale monolayer MoS2 film integration for stable, efficient perovskite solar cells”（晶圆级单层MoS2薄膜集成实现稳定、高效的钙钛矿太阳能电池）的研究论文。1月16日，周欢萍教授为独立通讯作者，再度在Science发表了题为“Nonalloyed α-phase formamidinium lead triiodide solar cells through iodine intercalation”（通过碘嵌入制备非合金α-FAPbI3太阳能电池）的研究论文。这是Science期刊在一周之内连续两次刊发周欢萍团队在钙钛矿太阳能电池领域的研究进展。
金属卤化物钙钛矿以其优越的光电性能和低廉的成本成为最有前景的新一代光伏材料。尽管钙钛矿太阳能电池发展迅速，但在同时实现高效率和足够的稳定性方面仍然存在挑战。卤化物钙钛矿由于其软晶格和相对较弱的键，在太阳能电池运行过程中容易降解，即使通过封装来隔离水分和氧气，钙钛矿在热、光照和电场下的不稳定性仍然是商业化之前需要解决的关键问题。
针对上述问题，北京大学材料科学与工程学院周欢萍团队和张艳锋团队合作，将晶圆级连续单层MoS2集成到钙钛矿层的上、下界面以形成稳定器件构型，从而显著增强钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。本研究通过界面工程将二维材料与软晶格光电材料结合起来，为提高钙钛矿基光电器件的性能提供了有效策略，并可以扩展到传感器、探测器等其他相关领域高效稳定器件的构建。研究成果以“Wafer-scale monolayer MoS2 film integration for stable, efficient perovskite solar cells”为题，于2025年1月9日在线发表于《科学》（Science）期刊上。北京大学是本文的第一完成单位。
甲脒铅碘钙钛矿（FAPbI3）因其优异的光电性能、低成本和良好的热稳定性，成为了高效单结太阳能电池最具潜力的吸收层材料之一。然而，由于尺寸容忍因子失配，纯FAPbI3钙钛矿在室温下表现出复杂的结晶动力学和亚稳态热力学特性，这使得其在实际应用中面临结晶质量和稳定性方面的巨大挑战。尽管通过组分合金化策略（如添加甲铵盐酸盐、Cs+等）可以有效调控甲脒基钙钛矿的结晶过程及薄膜光电性能，但是组分添加剂的残留往往又带来相分离、热不稳定及潜在的亲核化学反应等负面影响。制备高质量、非合金化（真正纯组分）的α-FAPbI3钙钛矿薄膜及相应器件面临挑战。
针对上述问题，北京大学材料科学与工程学院周欢萍教授课题组提出了一种创新的碘嵌入-脱嵌策略，制备了高质量的非合金化α-FAPbI3钙钛矿薄膜，从而显著增强了相应钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。研究表明，通过碘化学策略调控钙钛矿的结晶路径可以显著提高材料的结晶质量和稳定性，所获得的高质量非合金化α-FAPbI3材料为钙钛矿光伏技术的持续研发提供了兼具本征稳定和优异光电性能的组分方案。研究还为其它软离子晶格的光电材料的制备提供了新的调控思路。研究成果以“Nonalloyed α-phase formamidinium lead triiodide solar cells through iodine intercalation”为题，于2025年1月16日在线发表于《科学》（Science）期刊上，周欢萍教授为本文独立通讯作者，北京大学是本文的第一完成单位。
周欢萍，北京大学博雅特聘教授，材料科学与工程学院副院长，国家杰出青年科学基金获得者，全球高被引学者。面向国家重大战略需求及国际科技前沿，重点研究新型光电功能材料，以及高效、稳定光伏器件的构筑等关键科学问题，以第一或通讯作者身份在Science（5）, Nature, Nature Photonics, Nature Energy等杂志发表，总论文200余篇，论文总他引超过38,000次（H-index = 80), 获首届科学探索奖、第17届中国青年科技奖、第17届中国青年女科学家奖、《麻省理工科技评论》全球第18届“TR35”，中国科学十大进展奖等荣誉。任中国材料研究学会青年委员会第十届理事会副主任，中国材料研究学会纳米材料与器件分会副秘书长，中国青年科学协会环境与能源委员会副秘书长，ACS Applied Energy Materials副主编等职务。
针对光伏发电的效率和寿命，周欢萍博士及团队发展了面向低成本薄膜光伏（金属硫族化合物及杂化钙钛矿）的新原理和方法。拓展了适用于杂化光电材料的生长、缺陷化学理论，解决由湿法工艺带来的薄膜质量低的问题，并由此开发了界面工程和器件集成技术，大幅提高了器件的光电转换效率（Science 2014, 345 (6196), 542-546）。此外，提出了基于循环“氧化还原梭”的缺陷抑制策略，大幅延长了铅卤钙钛矿材料及器件在工况条件下的本征稳定性。（Science 2019, 363 (6424), 265-270）；提出了液相介质退火工艺，为薄膜生长过程构筑了均匀高效的热场传导和适宜稳定的化学环境，保障了高质量、组分分布均一的薄膜的大面积制备，并显著提高了工艺的可重复性（Science, 2021, 373 (6554), 561-567）；提出了阴离子-π相互作用，精准调控合成反应动力学，抑制了纳米与原子尺度缺陷，获得了更高质量的晶体，为钙钛矿薄膜的可控生长提供了创新有效的调控工具（Nature, 2023, 623 (7987), 531-537）。这一系列创新有力推进了新一代光伏技术的发展，并可拓展到其它半导体光电器件，得到了学术界和工业界的广泛认可。
来源 | 北京大学融媒体中心、北京大学新闻网、北京大学材料科学与工程学院、北京大学工学院
排版&责编 | 陈蕾
