近日，南方科技大學（以下簡稱「南科大」）材料科學與工程系講席教授徐保民團隊的碩士研究生朱培德以第一作者身份在國際頂級期刊《科學》（Science）上發表了題為「Aqueous synthesis of perovskite precursors for highly efficient perovskite solar cells」的論文，這是南科大自主培養的碩士研究生首次在國際頂級學術雜誌以第一作者身份發表論文。

朱培德（右）與導師徐保民教授（左）

    為製備高效太陽能電池提供技術支持

    該項研究工作在高效鈣鈦礦太陽能電池領域取得了顯著突破，成功揭示了水相合成鈣鈦礦晶體前驅體的純化機制，為製備高效太陽能電池並大幅降低原料成本提供了重要支持。

    儘管鈣鈦礦太陽能電池具有低成本製備和高能量轉換效率（26.1%）的潛力，但其鈣鈦礦層中的缺陷一直是實現高效率的主要挑戰。為了解決這些由鈣鈦礦前驅體引起的內在問題，鈣鈦礦薄膜的前驅體材料已經逐漸由單體混合的技術路線開始轉向預先合成鈣鈦礦晶體原料的技術路線。基於此，該研究團隊成功地開發了使用水作為溶劑合成鈣鈦礦前驅體的方法，並深入研究了水相合成鈣鈦礦晶體的純化機制。該研究不僅為鈣鈦礦晶體合成建立了溶劑篩選標準，同時還建立了鈣鈦礦晶體原料評價方法。

    在這項研究中，該團隊成功地通過水相合成獲得了高純度的甲脒碘化鉛（FAPbI3）晶體，其純度平均值可達99.994%。這一成果通過使用低成本、低純度的原材料，實現了公斤級的規模化生產，成本比商業PbI2和甲胺碘化物低兩個數量級。通過進一步的證明，水溶劑能夠去除前驅體中的雜質，如鈣、鈉和鉀離子，是晶體純度提高的主要原因。雜質的減少不僅降低了缺陷密度，還延長了最終鈣鈦礦薄膜中的載流子擴散長度，為鈣鈦礦太陽能電池的卓越性能提供了有力支持。

    通過使用這些經過純化的前驅體材料，該團隊在反式結構的鈣鈦礦太陽能電池中取得了25.6%（認證值25.3%）的光電轉換效率（PCE），並在連續模擬太陽輻照1000小時後仍然保持了94%的初始PCE。這項研究的成功為未來高效太陽能電池的製備提供了重要的技術支持，為可再生能源領域的發展注入新的活力。期待這一成果的進一步推廣和應用，為清潔能源的發展貢獻更多可能。

    南科大2021級碩士研究生朱培德為該項工作的第一作者，他在徐保民教授指導下從事鈣鈦礦太陽能電池領域中鈣鈦礦晶體合成方面的研究工作。據悉，南科大碩士研究生朱培德為該論文第一作者，南科大材料科學與工程系講席教授徐保民為論文第一通訊作者，南科大是論文第一單位。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金聯合基金重點項目、深圳市科創委基礎研究重點項目等多個項目的資助。

    南方科技大學於2018年獲批博士學位授予單位，2019年首次招收自主培養研究生，學校於2022年入選教育部第二輪「雙一流」建設高校，2023年入選第二批國家卓越工程師學院建設高校，獲批成為國家工程碩博士培養改革專項建設高校。短短幾年時間，該校研究生教育取得長足進步。近年來，南科大自主培養研究生以第一作者身份在Science、Nature等期刊發表科研成果多篇，研究內容涵蓋物理、化學、材料、生物、環境等多個領域。（記者 林麗青）