2025年11月，上海交通大学溥渊未来技术学院/张江高等研究院戚亚冰教授联合冲绳科学技术大学院大学、合肥工业大学等多家单位，在钙钛矿太阳能电池领域取得重要突破。相关研究成果以“Synergistic versatile bistriflimide salts in light-accelerated spiro-OMeTAD oxidation and perovskite module photovoltaics engineering”为题发表于学术期刊《Nature Communications》上，为钙钛矿太阳能电池中空穴传输层（HTL）的现存挑战提供了核心解决方案。
在n-i-p构型钙钛矿太阳能电池中，spiro-OMeTAD因能级匹配性好、成膜性优异，长期以来都是主流的空穴传输层材料。然而，其传统掺杂体系（以LiTFSI为掺杂剂、以tBP为添加剂）存在三大核心瓶颈：一是其中的锂离子迁移会加速器件性能衰减，导致太阳能电池运行稳定性差；二是spiro-OMeTAD的氧化掺杂需依赖空气中的氧气，难以精准控制掺杂程度；三是tBP的强腐蚀性会破坏钙钛矿表层结构，造成界面电荷复合加剧。这些问题严重阻碍了该类器件向规模化、实用化方向发展。
针对上述这些问题，该研究创新性地提出了“光加速氧化掺杂（LODT）”策略，通过铵盐类TFSI掺杂物在光照下产生质子，实现spiro-OMeTAD的高效氧化，显著提升了空穴传输层导电性。该技术巧妙采用THF部分替代腐蚀性较强的tBP作为溶剂，既解决了铵盐溶解问题，又避免了传统溶剂对钙钛矿层的破坏。同时，团队构建了“双TFSI添加剂协同”体系：在钙钛矿前驱体中引入KTFSI，通过调控结晶过程使晶粒尺寸从不足500 nm增长至1μm以上，降低了电子和空穴缺陷态密度；在钙钛矿表面采用OATFSI进行钝化处理，形成热稳定的2D钙钛矿层，水接触角从2.9°提升至66.1°，大幅增强了器件抗湿性。
图1 光加速氧化掺杂（LODT）策略及TFSI盐协同调控钙钛矿光伏器件的机制示意图
通过这一优化策略，团队研制的钙钛矿太阳能电池组件（PSM）在12.83 cm2有效面积上实现了20.95%的认证光电转换效率，跻身无锂spiro-OMeTAD空穴传输层组件的顶尖水平。更值得关注的是，未封装的小面积器件在干燥氮气环境下连续运行700小时后，仍保持初始效率的97%；封装器件在45℃条件下的T90寿命达到491小时，65℃环境下太阳能电池组件的T75寿命达到500小时，解决了传统器件效率与稳定性难以兼顾的难题。此外，该技术兼容刮涂等规模化制备工艺，组件放大过程中效率损失极小，展现出极强的工业应用潜力。
图2 基于LODT策略的钙钛矿光伏组件（PSM）性能与稳定性方面的实验结果
日本冲绳科学技术大学院大学张家豪博士为论文第一作者，上海交通大学溥渊未来技术学院/张江高等研究院戚亚冰教授、冲绳科学技术大学院大学Luis K. Ono博士、合肥工业大学童国庆教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到了来自上海交通⼤学溥渊未来技术学院、上海交通大学张江高等研究院、冲绳科学技术大学院大学等项目的支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-66752-2
教授简介
戚亚冰
上海交通⼤学溥渊未来技术学院讲席教授，日本工程院外籍院士。戚亚冰教授于2000年获得南京大学物理学士学位，2002年获得香港科技大学物理硕士学位，2008年获得美国加州⼤学伯克利分校应用科学与技术博士学位，博士期间科研主要⽅向为表界面科学。2008年⾄2011年，他在美国普林斯顿大学从事博士后研究，研究课题为表界面科学在有机半导体中的应用。从2011年⾄2024年，他在日本冲绳科学技术大学院大学（OIST）任教，并提前晋升为终身教职正教授，担任能源材料与表⾯科学研究团队学术带头人及实验室主任，多年来致力于将能源材料研究与表界面科学基础研究深度结合。2024年7⽉，戚亚冰教授全职加入上海交通⼤学溥渊未来技术学院，受聘为讲席教授。
在过去的⼆十余年中，戚亚冰教授对表界⾯科学和能源材料方面做出了突出贡献，积极推动了该⽅向科研的不断深入发展。基于他的卓越贡献，2022年，他获得日本花王艺术与科学基金会颁发的花王科学赏（Kao Science Award），成为该奖项颁发20余年以来第⼀位非日本国籍的获奖者。2023年，他获得日本学术振兴会奖（JSPS Prize），是该奖项颁发20年以来第三位中国籍获奖者。2024年，他当选为日本工程院外籍院士。
作为表界面科学和材料科学领域的杰出学者，截至目前，戚亚冰教授已在国际知名学术期刊上发表SCI论文200余篇，H-指数为86，总引用次数超过3万次，从2021年起，已连续多年入选科睿唯安“全球⾼被引科学家”榜单，并当选为材料研究学会会士（MRS Fellow）、美国真空学会会士（AVS Fellow）和英国皇家化学学会会士（FRSC）。
戚亚冰教授的研究涉及材料学、物理、化学、电⼦⼯程等多个学科领域，计划在上海交通⼤学创建⼀个具有国际竞争力的基于表界⾯科学和先进材料的多学科交叉研究开发中心，把表界面科学基础研究应用到能源和功能材料及器件的开发上，例如太阳能电池、锂离⼦电池、有机电⼦器件、发光材料和器件等，为未来能源技术的发展提供重要技术⽀持。
