研究背景：在全球能源轉(zhuǎn)型和我國(guó)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)深入推進(jìn)的關(guān)鍵時(shí)期，新能源技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展成為驅(qū)動(dòng)綠色未來(lái)的核心引擎。作為最受期待的新型光伏技術(shù)之一，鈣鈦礦太陽(yáng)電池（PSCs）在過去十年中取得了前所未有的巨大突破。近日，大連理工大學(xué)物理學(xué)院邊繼明教授和王敏煥副教授團(tuán)隊(duì)在短短數(shù)日內(nèi)，接連于國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《焦耳》（Joule）和《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表重大研究成果，分別在鈣鈦礦/硅疊層電池和單結(jié)鈣鈦礦電池的效率與穩(wěn)定性兩大核心難題上取得了重大突破，為我國(guó)乃至全球光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展注入了強(qiáng)勁的“大工智慧”和“大工力量”。
成果簡(jiǎn)介：針對(duì)鈣鈦礦材料因內(nèi)部“應(yīng)力”不均而導(dǎo)致性能衰減的瓶頸問題，王敏煥老師聯(lián)合南京大學(xué)、香港理工大學(xué)等團(tuán)隊(duì)，提出了一種“晶格增強(qiáng)與應(yīng)變均質(zhì)化”策略。通過引入一種化學(xué)“黏合劑”，巧妙地從原子層面穩(wěn)定了鈣鈦礦的晶格框架，使其內(nèi)部應(yīng)力均勻分布，從而根本性地提升了材料的“體質(zhì)”。基于該技術(shù)，團(tuán)隊(duì)不僅研制出效率高達(dá)23.5%的單結(jié)電池，更構(gòu)筑了光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)33.4%的四端鈣鈦礦/硅疊層器件，刷新了該領(lǐng)域的公開報(bào)道世界紀(jì)錄。尤為可貴的是，該疊層電池在真實(shí)的戶外環(huán)境下連續(xù)運(yùn)行48天而無(wú)效率衰減，展現(xiàn)出邁向大規(guī)模應(yīng)用的巨大潛力。以“Homogenizing strain via reinforced lattice interaction enables efficient and stable 4T perovskite/silicon tandem solar cells”為題，發(fā)表在《Joule》上（IF：35.4）。
幾乎在同一時(shí)間，物理學(xué)院邊繼明教授、化學(xué)學(xué)院史彥濤教授聯(lián)合國(guó)內(nèi)外頂尖學(xué)者團(tuán)隊(duì)，聚焦于疏通鈣鈦礦內(nèi)部的能量傳輸路徑。他們獨(dú)創(chuàng)“原位邊界橋接”策略，利用超分子“智能運(yùn)輸車”將特定離子精準(zhǔn)投送到晶粒間的邊界處，架設(shè)起無(wú)數(shù)微型“橋梁”，打通了長(zhǎng)期以來(lái)制約性能的光生載流子傳輸“堵點(diǎn)”。得益于此，團(tuán)隊(duì)研制的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)了26.02%的頂級(jí)轉(zhuǎn)換效率（認(rèn)證效率25.77%），并在最大功率點(diǎn)連續(xù)運(yùn)行1300小時(shí)后，效率保持率高達(dá)99.2%，展現(xiàn)出優(yōu)異的工作穩(wěn)定性。以“In-situ Boundary Bridging Unlocks Multi-Grain-Domain Carrier Diffusion in Polycrystalline Metal Halide Perovskites”為題，發(fā)表在Nature子刊《Nature Communications》上。論文的第一作者是物理學(xué)院王敏煥老師。
從刷新世界紀(jì)錄的疊層效率，到超長(zhǎng)時(shí)程的穩(wěn)定運(yùn)行，大連理工大學(xué)物理學(xué)院科研團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦光伏領(lǐng)域的系列突破，是我國(guó)在新材料、新能源領(lǐng)域堅(jiān)持自主創(chuàng)新、勇攀科學(xué)高峰的生動(dòng)縮影。這些成果不僅解決了長(zhǎng)期困擾業(yè)界的瓶頸問題，更為推動(dòng)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)迭代升級(jí)、助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)，在全球新能源技術(shù)的賽道上書寫了服務(wù)高水平科技自立自強(qiáng)的時(shí)代答卷。
王敏煥于2020年6月博士畢業(yè)于大連理工大學(xué)微電子學(xué)院，現(xiàn)為邊繼明教授課題組老師，十年來(lái)一直致力于金屬鹵化物鈣鈦礦材料及其器件性能的相關(guān)研究。博士期間先后在本領(lǐng)域著名科學(xué)家美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）Yang Yang（歐洲科學(xué)院院士）課題組和韓國(guó)成均館大學(xué)（SKKU）Nam-Gyu Park（科睿唯安預(yù)測(cè)的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者的熱門人選）課題組聯(lián)合培養(yǎng)。2025年5月，以客座教授的身份赴瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Michael Gr?tzel（歐洲科學(xué)院院士，德國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士，美國(guó)國(guó)家發(fā)明家學(xué)院院士，西班牙皇家工程院院士，瑞士工程科學(xué)院院士，中國(guó)科學(xué)院外籍院士）課題組訪學(xué)18個(gè)月。近年來(lái)在鈣鈦礦光伏器件穩(wěn)定性研究領(lǐng)域取得了一系列成果，對(duì)缺陷引起的鈣鈦礦太陽(yáng)電池穩(wěn)定性問題提出的改善策略得到了眾多學(xué)術(shù)同行的認(rèn)可。迄今，發(fā)表SCI論文60余篇，其中以第一或者通訊（含共同）作者在Nat. Sustain., Nat. Commun., Joule等知名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文30篇（3篇入選ESI高被引論文，1篇熱點(diǎn)論文）。曾榮獲校學(xué)術(shù)之星、研究生國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金（3次）和省優(yōu)秀博士論文等多項(xiàng)榮譽(yù)。
論文網(wǎng)址：https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102142
論文網(wǎng)址：In-situ boundary bridging unlocks multi-grain-domain carrier diffusion in polycrystalline metal halide perovskites | Nature Communications
