近日，华东理工大学材料科学与工程学院杨化桂教授课题组，在钙钛矿太阳能电池领域取得重要进展，题为 “Functionalization of perovskite thin films with moisture-tolerant molecules” 的论文以封面文章形式发表在《自然-能源》上（Nature Energy，文章链接：http://www.nature.com/articles/nenergy201516）。

图片说明：以封面文章形式报道“通过表面功能化技术提高钙钛矿稳定性”的论文

    《自然-能源》是继《自然-材料》、《自然-化学》等自然子刊系列之后，自然出版集团（Nature publishing group）针对能源领域问题，包括能源生成和储存、能源配给和管理、能源需求和供给、能源技术和政策等方面推出的顶级专业期刊，旨在探索和解决能源转化和储存各方面的关键问题，促进能源相关技术的革新。该文章上线前夕，国外知名科学评论杂志Chemistry World对杨化桂教授就该工作进行了采访并予以报道（报道链接：http://www.rsc.org/chemistryworld/2016/01/ion-coating-perovskite-solar-cells-moisture-stable）。太阳能电池领域专家Michael Grätzel对该工作给予了高度评价，他指出，作者从表面化学的视角出发，利用一类氨分子成功地提高了钙钛矿稳定性，这是该领域的一个好消息。

    开发高效、廉价并且稳定的光伏技术是解决全世界能源问题有效途径。作为Science2013年度十大科学突破，有机-无机杂化钙钛矿（AMX3，A为CH3NH3+，M为Pb、Sn，X为卤族元素）电池的研发在该领域引起了一场革命，在近年来受到了科研界的广泛关注。现在其认证效率已经超过了21%，达到甚至超过了商业化薄膜太阳电池的标准。然而，钙钛矿太阳能电池商业化的最大障碍就是其稳定性，即在潮湿环境中（相对湿度~50%）与空气中的水分子相互作用，导致器件性能的衰减。而衡量一种光伏技术的三要素为效率、成本和稳定性，在效率和成本是钙钛矿电池的优势所在的当下，如何提高钙钛矿材料的稳定性是该领域面临的最严峻问题。

    本工作巧妙地利用钙钛矿的结构特性，首次将一类新型具有疏水性烷基基团的氨分子组装到钙钛矿表面A位，实现钙钛矿材料表面分子结构的调控，从而建立分子级别的单层防水层。通过表面分子结构优化，该方法能有效的提升钙钛矿的湿度稳定性，使钙钛矿能够在相对湿度90%的高湿度条件下，稳定超过30天，而传统钙钛矿材料在此条件下10天内就彻底分解。将钙钛矿薄膜储存在90%湿度下一天后组装电池发现，功能化薄膜的仍然能保持大约90%的效率，而普通钙钛矿薄膜的效率衰减至原来的40%左右。更重要的是，该钙钛矿薄膜同时保持了原钙钛矿的高光电转化效率，其效率值可以超过15%。多位评审专家均认为，这一研究成果为提高钙钛矿材料的湿度容差提供了重要的可行方法，解决了钙钛矿电池在大气气氛下的稳定地生产、储存和封装等工艺过程中的稳定性瓶颈，对其商业化进程有着重要意义。

图片说明：杨老师在指导学生

    该项工作主要由材料学院博士生杨双完成，并与格里菲斯大学赵惠军教授和王云博士合作完成。杨双同学于2011年加入杨化桂教授课题组，并于2013年提前攻博，迄今在国际知名SCI期刊包括Nat. Energy、Nat. Common.等以第一作者发表论文11篇，获得授权专利1项。

    近年来，杨化桂教授致力于新型清洁能源领域关键功能材料及其器件的理论设计、制备组装和应用研究，取得了一系列阶段性成果，包括“光子捕集与电荷输运的高效耦合”、“表面反应转化的加速与控制”和“界面反应历程的描绘和预测”等，并开发出了一系列面向清洁能源转化和储存的关键功能材料。这次新材料都有着巨大的工业化应用前景。自2009年初任教材料学院以来，杨化桂教授以通讯作者或第一作者发表SCI学术论文近百篇，其中包括Nat. Energy 1篇（DOI: 10.1038/nenergy.2015.16）、Nat. Commun. 5篇（10.1038/ncomms10667; 2015, 6: 8064; 2014, 5: 5355; 2013, 4: 1583; 2013, 4: 2500）、Angew. Chem. Int. Ed. 3篇（2015, 54: 11467; 2012, 51: 3611; 2011, 50: 3764）、Nano Lett. 1篇（2016, 16: 427）、J. Am. Chem. Soc. 1篇（2009, 131: 12868）。杨化桂教授始终贯彻育人为本的理念，目前在其指导的学生中，获上海市青少年科技创新市长奖1名，中国大学生新材料创新设计大赛博士组特等奖1名，成思危名誉校长奖学金5名（其中特等奖3名），国家奖学金13名及其他奖学金多名。