本月初，大家都為中國科學技術大學兩個月發表四篇Nature/Science而震驚（詳細介紹：燃爆！！！中國科學技術大學2021年第四篇Nature/Science！），沒想到，從3月10號開始，南京工業大學持續發力，直至今日，短短17天，南京工業大學作為通訊單位已發表三篇Nature/Science正刊（此前介紹：1.南京工業大學邵宗平/周嵬最新Nature！2.進擊的南京工業大學！三天內連發Nature、Science！）。這速度，不得不說太恐怖！
另外，今年3月份，Nature指數公佈了2019年12月1日至2020年11月30日大學/機構排名，最新的一期大學/機構學術排名正式出爐。在中國大學/機構排行榜中，南京工業大學位列第33名。（詳細介紹：最新！這項排名我校位列全國第33名！）
接下來本文將為大家解讀南京工業大學最新Science！
通訊單位：Nanjing Tech University, Northwestern Polytechnical University, Nanjing University of Posts and Telecommunications
DOI：10.1126/science.abf7652
背景介紹鹵化鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的高功率轉換效率（PCE）歸因於其高載流子遷移率和擴散長度以及可調節帶隙的活性層材料。黑色相碘鉛甲脒（α-FAPbI3）的帶隙最窄（薄膜中的帶隙為1.45至1.51 eV），具有優異的光敏吸收特性。然而，因為較大的FA+會引起晶格畸變，該相在環境條件下很容易轉變為寬頻隙黃色非鈣鈦礦相（δ-FAPbI3），目前已開發出穩定α-FAPbI3鈣鈦礦薄膜的很多途徑。這些方法中的一些方法涉及混合其他陽離子、陰離子或兩者，以形成雜化型的鈣鈦礦。儘管這些修飾改善了鈣鈦礦的穩定性並增強了PCE，但必須在惰性氣氛中嚴格控制溫度和相對溼度（RH）的條件下才能加工出高質量的鈣鈦礦和鈣鈦礦的中間薄膜。由於這些途徑對溫度和溼度敏感，與大規模太陽能電池生產的相容性較差，極大地限制了PSC的生產和應用。
穩定性問題是由前體在它們的普通溶劑和對應的薄膜中的相互作用引起的。這些相互作用控制鈣鈦礦鏈段的組裝並影響框架的穩定性和效能。
對於太陽能電池來說，開發出在各種環境條件下均能夠穩定工作的α-FAPbI3非常有必要。但是，α-FAPbI3的溫度敏感性以及在其加工過程中嚴格控制溼度的要求仍然面臨挑戰。
本文亮點1、作者從離子液體甲酸甲胺酯（MAFa）生長的垂直排列的碘化鉛（PbI2）薄膜出發，實現了寬範圍的溼度和溫度條件下α-FAPbI3的穩定合成。
2、由α-FAPbI3組裝的太陽能電池具有高達24.1％的PCE，未封裝的電池在85°C和持續的光應力作用下，長達500小時的持續執行後仍能分別保持其初始效率的80％和90％，顯示出很高的穩定性。
圖文解析
▲圖1. 前體在不同溶劑中的化學環境
要點：
與常用的溶劑（例如N，N-二甲基甲醯胺（DMF）和二甲基亞碸（DMSO））不同，MAFa溶劑中透過C = O··Pb螯合和NH··I氫鍵與PbI2的強相互作用促進了垂直相對於基材的生長。
▲圖2. PbI2@DMF：DMSO和PbI2@MAFa膜的形貌和結構表徵
▲圖3. 從PbI2@DMF：DMSO和PbI2@MAFa膜獲得FAPbI3的結構表徵
要點：
1、垂直生長的結構具有許多奈米級離子通道，這些通道促進了碘化甲銨滲透到碘化鉛薄膜中，從而快速、穩健地轉化為α-FAPbI。
2、薄膜中的奈米級通道降低了碘化甲醯銨的滲透能壘，即使在高溼度和室溫下也能轉化為α-FAPbI3。從而實現了在製備過程中對環境條件不敏感的穩定黑相α-FAPbI3的合成。
3、此外，在20％至90％相對溼度和25°C至100°C溫度，均可觀察到快速轉變為穩定的黑相α-FAPbI3。
▲圖4. 光伏器件效能
要點：
1、在環境空氣中實現了> 24％的PCE，長達5000小時執行仍能保持93％的初始效率（在充氮手套箱下），該結果與FAPbI3@DMF：DMSO器件的結果相反，後者僅在500小時內遭受了30％的PCE損失。
2、熱穩定性達500小時（在85°C下保持80％的初始效率）和在持續的輕度應力下的穩定性（在最大功率點執行500小時後，仍保留了90％的初始效率）。
3、作者將PbI2@MAFa薄膜的更大穩定性歸因於垂直取向的晶體生長，該晶體生長為第二步中的快速反應提供了離子通道，從而形成了穩定的α-FAPbI3鈣鈦礦薄膜。
4、同樣，殘留的MAFa保護薄膜不受水和氧氣的侵蝕，並與晶界處的Pb空位結合在一起，以防止薄膜分解。
原文連結：
https://science.sciencemag.org/content/371/6536/1359
作者簡介黃維
黃維，中國科學院院士、俄羅斯科學院外籍院士、亞太材料科學院院士、東盟工程與技術科學院外籍院士、巴基斯坦科學院外籍院士。教授、博導，有機電子、塑膠電子、生物電子、印刷電子與柔性電子學家。
黃維院士是國家重要人才計劃特聘教授，國家“傑出青年科學基金”獲得者，國家傑出人才計劃入選者，“973”專案首席科學家。亞太地區工程組織聯合會（FEIAP）主席，俄羅斯科學院名譽博士、英國謝菲爾德大學名譽博士，英國皇家化學會會士、美國光學學會會士、國際光學工程學會會士。曾兩次獲得國家自然科學獎二等獎、三次獲得教育部高等學校科學研究優秀成果獎（科學技術）自然科學獎一等獎和江蘇省科學技術獎一等獎等，以及何梁何利基金“科學與技術進步獎”等，成果入圍中國“高等學校十大科技進展”。
黃維院士在柔性電子學、特別是有機電子學等領域取得了大量系統性、創新性的研究成果，以第一或通訊作者身份在Nature、Nature Materials、Nature Nanotechnology、Nature Photonics、Nature Energy、Nature Chemistry、Nature Electronics以及Nature Communications等國際主流SCI學術期刊發表研究論文800餘篇，h因子為140，國際同行引用逾90000次，是材料科學與化學領域全球高被引學者。獲授權美國、新加坡和中國等國發明專利360餘項，出版了《有機電子學》《生物光電子學》《有機薄膜電晶體材料器件和應用》《有機光電子材料在生物醫學中的應用》《OLED顯示技術》等學術專著。
陳永華
陳永華，南京工業大學先進材料研究院，教授、博士生導師。國家高層次人才計劃入選者，江蘇省特聘教授、江蘇省傑出青年基金獲得者。陳永華教授2011年中國科學院長春應用化學研究所獲理學博士學位，2011-2015先後在美國維克森林大學和凱斯西儲大學從事博士後研究工作。
陳永華教授長期圍繞有機及鈣鈦礦光電材料與器件的關鍵科學問題，開展高效穩定光電器件的研究工作。近年來，在有機及鈣鈦礦光電材料與器件領域發表論文100餘篇，他引4000餘次，h因子36。近5年，以第一/通訊作者發表論文50餘篇，包括Nature Photonics、Nature Energy 、 Nature Communications、Chemical Society Review、Advanced Materials、Chem、Nano Letters、Angewandte Chemie 等期刊，申請/授權中國專利11項、美國專利1項。撰寫英文專著“Organic Semiconductor Heterojunctions and its Application in Organic Light-Emitting Diodes” (Springer Nature)一部和專著章節“White OLED Materials”in “Handbook of Advanced Lighting Technology”(Springer Nature)。主持多項國家及省部級基金專案。