这位85后教授，搞科研，连破9次世界纪录！搞成果转化，拿到数亿元融资！最新成果登上Nature Materials！

2025-01-17 14:11:08 作者：材料学网来源：材料学网分享至：

谭海仁，南京大学现代工程与应用科学学院教授、博士生导师。国家重点研发计划项目首席科学家，入选国家杰出青年基金（2023）、中组部“海外高层次人才引进计划”（2018）、江苏省“双创人才”及“双创团队”领军人才，荣获中国青年五四奖章（2024）和江苏青年五四奖章（2023），中国青年科技奖（2024）。2008、2011和2015年先后从中南大学、中科院半导体研究所、荷兰代尔夫特理工大学获得本科、硕士和博士学位；2015-2018年加拿大多伦多大学博士后。

谭海仁教授长期从事新型光伏材料与器件的研究工作，包括钙钛矿太阳能电池、硅基太阳能电池及新型高效低成本叠层太阳能电池，全钙钛矿叠层电池的世界纪录效率9次被业界权威的“Solar cell efficiency tables”收录。在Science（3）、Nature（3）、Nature Energy（5）、Adv. Mater.等学术期刊发表论文100余篇，引用1万9千余次，多次入选科睿唯安“全球高被引科学家”, 成果入选“中国科学十大进展”“中国光学十大进展”“中国半导体十大进展”。积极践行科研成果转化和技术产业化，创建钙钛矿电池产业化公司“仁烁光能（苏州）有限公司”，建立全球首条大面积全钙钛矿叠层电池研发线并投产150MW钙钛矿光伏量产线，推进新型钙钛矿光伏技术的产业化进程。

研究背景

钙钛矿材料因其在太阳能电池中的优异表现，已经成为下一代光电转换材料的研究热点，尤其是全钙钛矿串联太阳能电池。与传统的单结太阳能电池相比，钙钛矿材料不仅具有较高的光吸收能力，还能够通过串联结构减少载流子的热化，扩展了可吸收的太阳光谱范围，从而实现更高的功率转换效率。然而，宽带隙钙钛矿子电池中的开路电压损失仍然是提升效率的主要瓶颈。这一问题的根源在于钙钛矿薄膜的非辐射复合，特别是在宽带隙钙钛矿薄膜中，由于晶体取向和界面性能的不匹配，导致了较大的开路电压损失。因此，如何优化宽带隙钙钛矿薄膜的晶体取向和界面工程，以降低非辐射复合，成为了这一领域的一个重要挑战。

为了解决这一问题，南京大学谭海仁教授、林仁兴助理教授和瑞士洛桑联邦理工学院Michael Grätzel教授合作在“Nature Materials”期刊上发表了题为“All-perovskite tandem solar cells achieving >29% efficiency with improved (100) orientation in wide-bandgap perovskites”的最新论文。该团队通过设计和制备改进型宽带隙钙钛矿薄膜，显著提高了薄膜的（100）晶体取向，从而有效抑制了非辐射复合现象。团队采用了二维钙钛矿作为中间相，通过表面成分工程促进了沿（100）晶面方向的异质成核，成功实现了优选的（100）晶体取向。此策略无需依赖过量的二维配体，从而避免了这些配体对载流子传输的负面影响。

此外，通过该方法，该团队成功获得了1.78 eV宽带隙钙钛矿太阳能电池开路电压为1.373 V，填充因子达到84.7%。最终，所制备的全钙钛矿串联太阳能电池在最大功率点条件下展现出了2.21 V的开路电压和29.1%的认证功率转换效率。此项研究为宽带隙钙钛矿太阳能电池的效率提升提供了新的思路，推动了钙钛矿材料在高效光电转换领域的应用发展。

研究亮点

实验首次通过表面成分工程与二维钙钛矿相结合，成功实现了宽带隙钙钛矿薄膜的（100）晶体取向，并抑制了非辐射复合。

实验通过在结晶过程中将二维钙钛矿作为中间相，促进了沿（100）晶面异质成核，进一步提高了（100）取向的优选性。

实验通过调节表面成分，增加二维相的数量，避免了过量二维配体的使用，从而保持了良好的载流子输运性能。

实验得到1.78 eV带隙的宽带隙钙钛矿太阳能电池，其开路电压为1.373 V，填充因子达到84.7%，显示出较高的光电转换效率。

实验还成功实现了全钙钛矿串联太阳能电池，在最大功率点条件下，开路电压为2.21 V，认证功率转换效率为29.1%，展示了其在高效能量转换方面的潜力。

图文解读

图 1. DA、SPA和M-SPA钙钛矿薄膜的形成过程

图 2. WBG 钙钛矿薄膜的表征

图 3. WBG PSC 的性能

图 4. 全钙钛矿串联太阳能电池的光伏性能

结论展望

本研究报告了一种简便的策略，通过在反溶剂中使用MAI和PEAI的混合物，成功制备出具有改进（100）取向的宽带隙（WBG）钙钛矿薄膜。该方法促进了结晶过程中在薄膜表面形成n=1层状钙钛矿，诱导了定向成核和向下的晶体生长。采用此方法，WBG钙钛矿薄膜展现出了较低的非辐射复合，QFLS接近1.415 eV，载流子迁移率增强至31.7 cm² V⁻¹ s⁻¹。作者获得了高效的WBG钙钛矿太阳能电池，其开路电压（VOC）超过1.37 V，功率转换效率（PCE）达29.1%。本研究提供了一种有效的技术，用于控制WBG钙钛矿的晶体取向，且不妥协载流子输运，克服了全钙钛矿串联太阳能电池中因光伏电压损失而带来的效率瓶颈。

原文详情：

Liu, Z., Lin, R., Wei, M. et al. All-perovskite tandem solar cells achieving >29% efficiency with improved (100) orientation in wide-bandgap perovskites. Nat. Mater. (2025).

https://doi.org/10.1038/s41563-024-02073-x

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