用特聘研究员发表论文

有机阳离子以及卤素阴离子空位缺陷是制约钙钛矿太阳能电池高效率以及长期稳定性的主要因素，如何同时消除这两种缺陷是当下的难题。基于此，北京大学工学院周欢萍研究员课题组提出一种新的消除机制，即在钙钛矿活性层中引入氟化物，利用氟极高的电负性，实现氟化物同时与有机阳离子形成强氢键以及与铅离子形成强离子键的双重效果。研究从而有效消除了有机阳离子以及卤素阴离子的空位缺陷，大大提升了电池的光电转换效率和长期稳定性。相关研究于2019年5月13日在国际顶级学术期刊《自然能源》( Nature Energy )上发表，题为“Cation and anion immobilization through chemical bonding enhancement with fluorides for stable halide perovskite solar cells”(doi:10.1038/s41560-019-0382-6)。 太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源备受研究人员关注，而将太阳能转换为电能的太阳能电池也是世界上众多课题组青睐的材料。近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池以其高效率、低成本的优势获得了学术界和产业界的众多关注，而其光电转换效率也在短短几年内迅速提升至24.2％，是单节电池中当下效率最高的薄膜太阳能电池。 然而，这类电池稳定性不佳是严重阻碍其商业化应用的主要因素。相比于传统无机光伏材料，有机-无机杂化钙钛矿材料晶格较软，且是一种离子晶体，易在外界环境的干扰下发生离子迁移，形成大量的空位缺陷，从而诱导晶格塌缩以及组分分解，从而使其不再具备优异的光电转换能力。 在众多的空位缺陷中，卤素阴离子和有机阳离子空位由于其较低的缺陷形成能而普遍存在于钙钛矿表面以及晶界，该两种空位缺陷不仅会影响太阳能电池的工作效率，且会诱导钙钛矿晶体的进一步退化，形成更多的体相缺陷。针对这两种缺陷之前报道的工作主要集中在钝化单一缺陷，即有机阳离子或卤化物空位，无法做到“鱼与熊掌兼得”。如何同时消除这两种缺陷，实现钙钛矿太阳能电池的更高效率和高稳定性是钙钛矿材料目前最为棘手的问题。针对上述重要问题，周欢萍课题组提出了一种全新的消除机制，即通过在钙钛矿活性层中引入氟化钠，利用氟极高的电负性，实现氟化物同时与有机阳离子形成强氢键以及与铅离子形成强离子键的双重效果。基于此离子键和氢键的化学键调制，可以固定钙钛矿组分中的有机阳离子和卤素阴离子，从而消除了相应的空位缺陷，电池效率和稳定性都得到了明显提升。氟化钠引入的电池器件最高效率达到了21.92％(认证值为21.7％)，且没有明显的迟滞现象。同时，引入氟化钠的器件表现出优异的热稳定性和光稳定性，在一个太阳的连续光照射或85°C加热1000小时后，器件仍可分别保持原有效率的95％和90％，在最大功率点处连续工作1000小时后可以保持原有效率的90%。该方法解决了钛矿太阳能电池中限制其稳定性的两个重要因素——有机阳离子和卤素阴离子空位，并可推广至其他的钙钛矿光电器件；且化学键调制的方法对于其他面临类似问题的无机半导体器件也具有重要参考意义。该论文的第一作者是周欢萍课题组的2017级博士生李能旭，周欢萍特聘研究员为通讯作者。合作者还包括埃因霍温理工大学Shuxia Tao课题组和北京理工大学陈棋课题组、北京理工大学洪家旺课题组、香港大学杨世和课题组、中南大学谢海鹏老师、特温特大学Geert Brocks教授等。该工作得到了国家自然科学基金委、 科技 部、北京市自然科学基金、北京市科委、先进电池材料理论与技术北京市重点实验室等联合资助。 周欢萍课题组近期致力于提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性，取得的一系列重要进展相继在 Science (DOI: 10.1126/science.aau5701), Nature Energy (DOI: 10.1038/s41560-019-0382-6), Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-019-09093-1;DOI: 10.1038/s41467-019-08507-4 和 DOI: 10.1038/s41467-018-05076-w)， Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201900390)， Journal of the American Chemical Society (DOI: 10.1021/jacs.7b11157) 上发表。

拿上海E-研究院来说为了加强基础理论研究，培养和吸引一批学科带头人，上海市教委在科研机制和科研管理上进行了创新性的探索。 传统的R&D组织形式由于空间和地域的分散使智力、技术及信息等资源的共享受到很大的制约，同时也降低了R&D组织的运作效率。随着信息网络技术的迅猛发展，时空的障碍被打破，虚拟研发组织（Virtual R&D Organization）也应运而生。所谓虚拟研发组织，又称为动态研发联盟或创新网络，是R&D活动中形成的一种新的组织形式，是围绕特定研发目标和内容，利用计算机网络等通讯工具建立起来的联盟组织。虚拟R&D组织的概念、相关理论及实践活动受到国内外的广泛重视，由英国率先提出的E-Science就是对科学研究的信息化过程，是基于虚拟R&D组织进行的科学研究工作。上海市教委于2002年底启动实施了上海高校E-研究院建设计划，在高校虚拟R&D组织的建设方面进行了一系列探索和实践，产生了很好的反响和成效。上海高校E-研究院建设目标是稳定一批基础理论研究和人文社会科学研究的中青年学术骨干；整合优化相关领域的科技资源和队伍；加强不同学科的交叉融合；加强学校间联合；加强与国内外高校与科研机构的合作与交流；增强上海高校科技的原创能力和持续创新能力，从而带动上海高校的整体发展。争取在若干年内，涌现一批优秀的学科带头人，并引领一批学科进入国内领先和国际先进水平，使之成为上海重要的人才高地和科技创新的高地。上海高校E-研究院是以信息化基础设施为依托；以跨学科、跨地域合作为特点；以汇聚人才，培育人才，上水平，出成果为目的的自然科学基础性研究和人文社会科学研究基地。根据基础性研究，特别是人文社会科学研究的特点，E－研究院在制度设计上重点突出了以下的特征：（一）重点突出共享性、开放性和协同性。共享性是指在E化环境下实现人力资源、计算资源、数据资源、网络通信资源以及仪器设备等资源的全面共享；开放性是指整个科研活动的展开，包括项目与成果的申报与承担，队伍的培养等打破原先组织方式，开展跨地区、跨学科的科研合作，使之具有开放性；协同性是指在E化环境中，满足科学家之间交流与协作的需要，使分布在全国各地、甚至世界各地的科学家能方便地开展协同工作，共同解决所关心的科学难题。（二）重点突出体制机制创新。上海高校E-研究院建设旨在探索管理体制与运行机制上的创新，实行首席研究员负责制，以首席研究员为第一责任人，与市教委签订E－研究院建设项目任务书，全面履行E－研究院管理职责。首席研究员的职责是：确定E－研究院的研究方向，制订和执行E－研究院的发展规划和工作计划；制订特聘研究员聘用条件和节点考核目标；组织对外合作和举办高层次的学术会议；统筹安排E－研究院建设经费和配套经费，并组织争取各级、各类科研课题，拓展E－研究院的经费渠道等。（三）重点突出考核评价体系的改革。在建设周期内，市教委将对E－研究院进行3年、3年、4年节点考核（简称“3+3+4”），节点考核主要是对制定的目标任务完成情况进行评价，注重对特聘研究员学术产出的原创性和质量的考察。每次节点考核后，根据考核结果对各E－研究院的投入进行动态调整，成效显著的将提高平均资助强度；完成考核目标的将继续给予支持；未能完成考核目标的将采取暂缓资助、取消资助、摘牌等措施。在建立以上考核方式的同时，上海市教委给予长达十年的经费资助。另外，采取研究成果双标注的方式；建设经费实行动态跟踪、滚动支持；营造宽松、自由的学术氛围等管理办法都使E-研究院这一新型的高校科研组织形式产生了新的活力，促进了学科持续、稳定、健康地发展。上海高校E-研究院建设主要依托市属高校。本着“成熟一个启动一个”的原则，迄今已建设四个人文社科的E－研究院包括：社会学、都市文化、音乐人类学和比较语言学。这些E-研究院主要分布在上海大学、上海师范大学、上海音乐学院等高校。各E-研究院经过一段时期的建设，已取得了一定的进展和初步成效：1、形成了以学科为聚焦的研究团队。已聘请了48位特聘研究员，其中国外研究员3位，外省市研究员17位，上海市非依托学校研究员11位，本校研究员17位。2、规划内的研究工作进展顺利。据不完全统计，新承担各级各类研究项目共46项，获研究经费共791.5万元。其中承担国家哲学社会科学基金项目15项，经费285万元；承担省市部委级项目共6项，经费71.5万元；承担企事业单位合作、委托项目共20项，经费300万元；承担国际合作项目共5项，经费135万元。特聘研究员共有105篇按要求署名的论文发表，其中在国外发表4篇，被SSCI收录12篇。特聘研究员已出版著作9部，其中专著8部；撰写研究报告并提交有关部门10份。3、加强了对信息化设施的建设，建立了视频会议系统及网站等。4、开展学术交流活动，加强信息交流。主持举办了多次国内外学术会议、系列及专题讲座、特聘研究员学术研讨等。5、E-研究院的校外特聘研究员还为所依托学校培养博士研究生，充实了依托学校高层次人才培养的力量。