课题组新增国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金委青年科学基金项目、中国博士后基金项目等科研项目5项；针对可印刷光伏器件中关键功能层沉积过程不可控导致形貌差、性能低及稳定性差的问题，以发展具有功能导向的有机/高分子材料手段，围绕活性层以及界面层调控开展了系列研究工作，在Adv. Mater.（2篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（4篇）、Joule（1篇）、ACS Energy lett.（2篇）、Nano Energy（1篇）、Chin. J. Chem.（1篇，）、Chem. J. Chinese Universities（1篇）、Small Sci.（1篇）等学术期刊上面发表文章13篇；课题组荣获江苏省科学技术奖二等奖一项、2023 年度江苏省材料学会科学技术奖特等奖一项、课题组研究生获江苏省优秀博士论文（1人）、研究生国家奖学金（2人）、苏州大学优秀毕业生（4人）等荣誉。
针对钙钛矿太阳能电池（pero-SCs）中活性层成核和晶体生长不可控、晶粒尺寸不均一、残余应力大、晶界缺陷多等难题，李耀文教授课题组设计合成了系列功能性有机分子作为分子模版诱导钙钛矿晶粒生长，获得了大尺寸晶粒、低缺陷态密度、无残余应变的高质量钙钛矿薄膜，为pero-SCs的大面积产业化发展打下基础。具体工作介绍如下：
由于钙钛矿晶粒在柔性衬底上的不可控生长，以及钙钛矿固有的高杨氏模量，柔性pero-SCs的光电转换效率（PCE）和机械稳定性还存在明显不足。如何在柔性衬底上实现高质量、高稳定性钙钛矿薄膜生长，是柔性pero-SCs产业化进程的关键。苏州大学李耀文教授课题组提出了一种原位交联辅助钙钛矿晶粒生长策略，设计合成了有机小分子OETC作为原位交联单体，利用OETC与Pb 2+的配位能力增大PbI 2胶体尺寸，减少成核位点；同时选择氧杂环丁烷作为交联位点，在钙钛矿生长过程中实现OETC交联，从而调控钙钛矿晶体生长动力学，获得具有高结晶度、大尺寸晶粒、少晶界和明显晶体择优取向的高质量钙钛矿薄膜。此外，聚集在钙钛矿晶界处的交联聚合物COETC可以有效释放机械应力，降低钙钛矿薄膜的杨氏模量。最终，基于该策略制备的pero-SCs的柔性PCE达到了23.4%，并具有优异的机械稳定性。
在上述工作的基础上，课题组提出了弹性体分子调控钙钛矿结晶动力学策略，设计合成了离子化的可交联单体TA-NI，用于调控钙钛矿晶粒生长及钝化钙钛矿晶界处缺陷态。TA-NI能与钙钛矿薄膜中多余的PbI 2形成1D钙钛矿，同时其发生交联形成弹性体，由1D钙钛矿和弹性体组成的“韧带”附着在钙钛矿晶界上，该“韧带”不仅可以钝化晶界，增强湿度稳定性，还可以释放3D钙钛矿薄膜中的残余拉伸应变和机械应力。更重要的是，该弹性体具有动态自愈合特性，可以修复钙钛矿薄膜中弯曲引起的机械裂纹。基于该策略制备的柔性pero-SCs的机械稳定性、工作稳定性以及湿度稳定性均得到了显著提升。
薄膜生长过程极其依赖于前驱体溶液，而钙钛矿前驱体溶液通常是不稳定，变质的溶液制备的钙钛矿薄膜结晶弱、缺陷多，导致器件光伏性能和稳定性差。为了解决溶液的储存稳定性问题，苏州大学李耀文教授课题组提出了多功能调和剂稳定钙钛矿前驱体油墨、薄膜及器件策略，精准设计合成了一种多功能聚合物稳定剂poly[Se-MI][BF 4]，用于调控前驱体溶液，优化钙钛矿薄膜生长，制备高性能器件。研究发现，poly[Se-MI][BF 4]的配位作用可以稳定溶液的化学均一性，有效调控钙钛矿结晶，所制备的钙钛矿薄膜晶粒尺寸大、缺陷密度低。此外，晶格锚定的硒阳离子可以进一步抑制碘离子的解离和迁移，提高器件的工作稳定性。最终，基于该策略制备的小面积器件（0.062 cm 2）和大面积组件（15.39 cm 2）的PCE分别达到了25.10%和20.85%。同时，未封装的器件表现出优异的工作稳定性。
在pero-SCs的商业化进程中，高通量和低成本效益解决方案的需求仍未得到解决。此外，大多数经过认证的高PCE器件均是基于二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）传统溶剂制备的，这类溶液往往存在一些问题，如储存稳定性差、印刷速度低和咖啡环效应等问题，并且这些现象在高速印刷过程中会更加严重。为了解决这些问题，苏州大学李耀文教授课题组提出了一种稳定的钙钛矿前驱体油墨设计，通过引入高挥发性的乙腈溶剂（ACN），精准调控了溶液的配位作用与挥发速率，为调控钙钛矿生长结晶动力学提供可能。与常用的DMF/DMSO前驱体油墨相比，新设计的前驱体油墨的饱和蒸气压提高了20倍以上，有利于涂布过程中前驱体溶剂的均匀快速挥发，加速了非均相成核并抑制了咖啡环的生成，可在空气氛围下宽速度窗口（0.3 m/min到18 m/min）印刷高质量大面积FAPbI3钙钛矿薄膜，实现高效、稳定pero-SCs组件的制备。最终，基于印刷速度为0.3 m/min制备的小面积pero-SCs（0.062 cm 2）和大面积组件（15.64 cm 2）的PCE分别达到了24.32%和21.90%，而当印刷速度提高到18.0 m/min时，器件的PCE可以保持在23.76%。
近年来，高效率的n-i-p型钙钛矿太阳能电池通常基于不稳定LiTFSI和tBP掺杂的Spiro-OMeTAD空穴传输层（HTL）。然而，高吸湿性的LiTFSI会吸收空气中的水分，并且Li+也会迁移到钙钛矿层中并诱导活性层产生缺陷，两者都会加速钙钛矿的分解；同时在热应力下tBP会部分挥发，导致共混物薄膜中LiTFSI的重新聚集以及薄膜孔洞的形成，大大减少了器件的使用寿命。
为了解决LiTFSI导致的不稳定问题，提高掺杂Spiro-OMeTAD中的组分稳定性，苏州大学李耀文教授等人精准设计并合成了具有类Spiro-OMeTAD结构的p型掺杂剂Spiro-BD-T代替LiTFSI。有效阻止水汽侵蚀，抑制 tBP挥发并且消除Li +的影响。最终，基于Spiro-BD-T掺杂Spiro-OMeTAD的 n-i-p型钙钛矿太阳能电池在空气氧化后获得了24.04%的PCE。参考文献：
在此基础上，为了彻底解决传统掺杂配方中各方面的不稳定因素，苏州大学李耀文教授课题组进一步提出了不需要空气氧化的单组分掺杂配方。通过分子设计合成了具备不同阴离子的碘鎓氧化剂（IP-OTs，IP-PF 6，IP-TFSI）代替LiTFSI和 tBP，探索了三种碘鎓氧化剂与氧化过程的构效关系。研究发现，IP-TFSI掺杂剂在没有氧气条件下可实现Spiro-OMeTAD的高效氧化，大幅提升空穴传输层的迁移率。不仅如此，空穴传输层形貌也得到明显改善，玻璃化转换温度也显著提升，有助于提升空穴传输层湿、热稳定性。最终，在没有空气氧化条件下，基于IP-TFSI掺杂的空穴传输层制备的小面积钙钛矿太阳能电池（0.062 cm 2）和大面积组件（15.03 cm 2）分别获得最高25.16%和20.71%的PCE。
尽管通过掺杂剂的优化有效提升了空穴传输层的稳定性。然而，Spiro-OMeTAD等HTL通常需要使用有毒溶剂氯苯（CB）进行加工，不适合工业生产。而使用绿色溶剂时，由于HTL材料在溶剂中的溶解度有限，导致薄膜形貌不理想，会大幅牺牲器件性能。因此，迫切需要开发可绿色溶剂加工的非掺杂HTLs来替代Spiro-OMeTAD，以加快pero-SCs的商业化进程。
为了解决这一问题，苏州大学李耀文教授课题组利用非对称侧链来解决HTL材料在绿色溶剂中溶解度和结晶度权衡问题，通过引入不对称极性低聚乙二醇（OEG）侧链，设计了一种非对称线性有机小分子BDT-C8-3O。极性OEG侧链具有较高的极性和构象灵活性，不仅使BDT-C8-3O在天然非芳香族化合物溶剂3-甲基环己酮（3-MC）等绿色溶剂中具有较好的溶解度，而且诱导共轭主链表现出两种主要的堆积模式，并且均表现出π-π堆积的增强。从而促进HTL材料分子在绿色溶剂中有序组装，得到的非掺杂BDT-C8-3O薄膜具有高结晶度、高空穴迁移率和低无序能。因此，基于CB和绿色溶剂3-MC加工的BDT-C8-3O HTL的 n-i-p pero-SCs均达到了世界纪录的PCE，分别为24.11%（认证为23.82%）和23.53%。此外，BDT-C8-3O HTL具有出色的空穴传输能力、均匀的电学性质和牛顿流体特性，5×5 cm 2组件PCE均超过20%。最重要的是，器件表现出了优异的工作稳定性和热稳定性：在最大功率点下持续工作2000 h后，保持初始PCE的84%；85ºC下热老化2000 h后，保持79.5%。上述结果均表明，该方法是解决HTL材料在绿色溶剂中结晶度和溶解度之间权衡问题的有效途径，同时，它也为设计可绿色溶剂加工的非掺杂HTL材料提供了一种新的思路，从而促进了高效、稳定、环境友好的pero-SCs的开发。
为了进一步提高光伏器件的光电转化效率，我们将钙钛矿和有机两类新兴光伏器件结合起来制备了二端叠层电池（2T-TSC）。该类电池既能够发挥钙钛矿出色的紫外光过滤性能，又可以借助有机太阳能电池在长波段的光吸收能力，同时解决了钙钛矿光吸收不足以及有机太阳能电池紫外光不稳定性的问题。在2T-TSC中，中间连接层（ICL）会从两个子电池分别提取空穴和电子，并使其发生高效、平衡的复合，这是构筑高性能2T-TSC的关键。然而，ICL中不平衡的空穴/电子浓度将会造成严重的电荷积累和能量损失，从而影响器件性能。
为了解决这一问题，苏州大学李耀文教授等人提出了一种载流子动态管理策略。首先通过改善钙钛矿晶体质量增加钙钛矿表面的空穴浓度，随后利用电学性能良好的D18-Cl作为HTL，减少空穴从钙钛矿向复合中心传输过程中的损失。上述协同策略能够大幅提升ICL中的空穴浓度，缩小复合中心两侧的空穴/电子浓度差，从而实现平衡的电荷复合，降低TSC中的能量损失。基于此策略制备的小面积（0.062 cm 2）无机钙钛矿/有机2T-TSC获得了2.15 V的超高开路电压和23.17%的光电转换效率，1.004 cm 2的叠层器件仍能获得21.69%的效率，展现出较弱的尺寸依赖性。重要的是，基于此策略制备的TSC也显示出优异的工作和紫外光稳定性。
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
