重大突破！南华大学刘畅教授团队在材料能源领域顶级期刊连发五项钙钛矿光伏重要研究成果

湖南日报·新湖南客户端10月9日讯（通讯员 陈金波）近日，南华大学电气工程学院刘畅教授团队在高效稳定钙钛矿太阳能电池领域连续取得系列重要突破，5 项研究成果先后发表于国际材料与能源领域顶级期刊Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Energy Materials。系列研究围绕钙钛矿光伏器件界面缺陷调控、结晶动力学优化、叠层器件集成等关键科学问题展开系统性攻关，器件效率与稳定性指标跻身国际前列，为推动钙钛矿光伏技术的产业化应用奠定了重要理论与技术基础。

前驱体水平分子调控 创下高填充因子宽带隙电池纪录

宽带隙钙钛矿是全钙钛矿叠层顶电池的核心，但高溴组分体系存在前驱体化学复杂、结晶失控、光致卤化物相分离等突出问题。团队创新提出前驱体分子偶联调控策略，开发 4-（3 - 甲脒基胍基） 苯甲酸盐酸盐（CGBA）作为前驱体水平调节剂，制备的 1.78 eV 宽带隙单结电池效率达21.43%，填充因子高达85.89%，为同带隙范围国际最高水平之一；未封装器件在氮气环境中存储 4500 小时，仍保留 93% 的初始性能。以此优化的顶电池构建的全钙钛矿叠层电池，光电转换效率进一步提升至29.63%，再次刷新团队叠层电池效率纪录。相关成果发表于材料领域顶级期刊Advanced Materials，论文第一作者为2024级博士生黄恺鑫，刘畅教授为通讯作者。

破解自组装分子层聚集难题 单结电池效率达 26.67%

针对膦酸基自组装单分子层（SAM）易因分子间氢键发生聚集、成膜均匀性差、器件性能受限的行业共性难题，团队提出非含氧酸平面共吸附剂调控策略，引入 5 - 氟苯并 [2,1,3] 噻二唑（5FBT）作为共吸附分子。基于该策略制备的反式钙钛矿太阳能电池，光电转换效率最高达26.67%，器件连续运行 1000 小时后仍保留 94.6% 的初始性能；面积为 12.87 cm² 的小组件效率达 22.78%，展现出良好的规模化应用潜力。相关成果以“Benzothiadiazole Suppresses Hydrogen Bond-Driven Aggregation to Enable Highly Uniform SAMs for 26.67%-Efficient Perovskite Solar Cells”为题发表于Advanced Functional Materials，论文第一作者为2024级研究生戴煜欣，刘畅教授为通讯作者。

埋层界面多维度优化锡铅电池实现效率稳定性双提升

窄带隙锡铅钙钛矿是构建全钙钛矿叠层电池的核心底电池材料，但 Sn²⁺易氧化、传统 PEDOT:PSS 空穴层酸性强、吸湿性高，易导致埋层界面缺陷多、器件衰减快。团队针对这一瓶颈，先后开发两种多功能界面修饰分子，多维度优化埋层界面性能。

一是引入 (S）-2 - 氨基 - 2-(3 - 氟 - 4 - 三氟甲基苯基) 乙酸盐酸盐（MTFP）改性 PEDOT:PSS，通过调控 PEDOT 链的苯式 - 醌式结构比例提升导电率，借助氨基配位作用钝化界面金属离子缺陷、抑制 Sn²⁺氧化，同时利用三氟甲基的强疏水性阻挡水汽氧气侵入。优化后的单结锡铅电池效率达23.36%，构建的全钙钛矿叠层电池效率达28.67%。相关成果发表于Advanced Energy Materials，论文第一作者为2024级博士生黄恺鑫，刘畅教授为通讯作者。

二是提出 (R)-2 - 氨基 - 2 - 苯基乙酸盐酸盐（APHH）“分子桥” 策略，同步实现 PEDOT 酸度中和、界面缺陷钝化与能级匹配优化，促进钙钛矿结晶生长。单结锡铅电池效率提升至23.30%，未封装器件在氮气环境中存储 1500 小时仍保留 85% 的初始效率，对应的全钙钛矿叠层电池效率达28.42%。相关成果发表于Advanced Functional Materials，论文第一作者为2025级研究生丁果，刘畅教授为通讯作者。

定向偶极界面工程叠层电池效率突破 29.5%

团队进一步提出多功能定向偶极界面设计思路，采用 3 - 氨基 - 4 - 羟基苯磺酸（APS）作为埋层修饰分子。该策略使窄带隙锡铅单结电池效率提升至24.02%，未封装器件在氮气环境中存储 2600 小时，效率保持率达 86%；以此构建的全钙钛矿叠层太阳能电池光电转换效率达29.51%，同时展现出优异的工作稳定性。相关成果以“Multifunctional Oriented Dipole Strategy for Synergistic Energy-Level Alignment and Defect Passivation at Buried Interfaces Toward 29.5%-Efficient All-Perovskite Tandem Solar Cells”为题发表于Advanced Functional Materials，论文第一作者为周贤勇教授、2025级研究生丁果，刘畅教授为通讯作者。

近年来，刘畅教授团队长期深耕新型光伏与储能技术领域，先后承担国家重点研发计划、国家自然科学基金、湖南省自然科学基金青年A类（杰青）等多项省部级以上科研项目，围绕钙钛矿光伏的效率提升、稳定性改善与大面积制备三大核心方向持续攻关，形成了从材料分子设计、界面工程到器件集成的全链条创新能力，为我国光伏产业的技术升级提供了重要的理论与技术支撑。

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来源：湖南日报·新湖南客户端