2所985，连发Nature、Science

11月9日，武汉大学、东南大学分别在全球顶级学术期刊Nature、Science发表最新研究成果。

武汉大学

11月9日，Nature（《自然》）在线发表了武汉大学物理科学与技术学院柯维俊、方国家教授团队关于全钙钛矿叠层太阳能电池的最新研究成果。论文题目为“Aspartate all-in-one doping strategy enables efficient all-perovskite tandems”（《天冬氨酸盐一体化掺杂策略实现高效全钙钛矿叠层电池》）。

武汉大学物理科学与技术学院博士研究生周顺、付世强、王晨为论文的共同第一作者，武汉大学方国家教授、柯维俊教授为论文的通讯作者，武汉大学王倜研究员、孟威威博士、博士生周进、硕士生林卿贤、本科生邹沅嵘等人为论文的共同作者，武汉大学为唯一署名单位。

新型金属卤化物钙钛矿是一种分子通式为ABX3的晶体材料，具有制备工艺简单、缺陷容忍度高、吸收系数高、载流子扩散长度长等优点，在光电子器件领域备受关注，被认为是下一代最具前景的光伏材料之一。其中，单节钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经与传统硅基电池相当，但是想要进一步提升其效率将越来越困难。全钙钛矿叠层电池可以突破单结太阳能电池的肖克利-奎伊瑟效率极限，理论效率可达44%，性能还有非常大的提升空间。全钙钛矿叠层电池由顶部的宽带隙钙钛矿子电池和底部的窄带隙钙钛矿子电池一体化叠加而成，而其中不够优异的窄带隙钙钛矿子电池是其未来实现商业化应用的绊脚石之一，也是领域内的共性挑战问题。基于此，方国家、柯维俊团队通过天冬氨酸盐一体化掺杂策略同时提高了窄带隙钙钛矿子电池的效率和稳定性，实现了稳态效率27.62%（第三方权威认证效率27.34%）的目前两端全钙钛矿叠层电池的世界最高效率之一。

在这项研究中，研究者巧妙地将天冬氨酸盐酸盐(AspCl)引入到底部空穴传输层、钙钛矿体吸光层、和上界面层中，开发了一种采用同一分子处理的一体化掺杂策略。研究发现AspCl-SnI2和AspCl-PbI2具有很低的形成能，有利于形成中间体或者络合物，这极大地改善了钙钛矿薄膜的质量。除了与钙钛矿前驱体配位外，AspCl分子还具有很强的分子间氢键，富集在钙钛矿上、下界面处的AspCl还充当了钙钛矿层和传输层界面之间的分子锁，进一步提升了钙钛矿材料的性能和稳定性。

此外，如何抑制窄带隙钙钛矿中不稳定性的二价锡金属离子的自发氧化是行业内的巨大痛点之一。研究结果表明AspCl可以有效地抑制二价锡氧化，和减少有害的四价锡杂质。进一步的研究还表明AspCl的引入可以钝化钙钛矿材料的缺陷，调节费米能级，抑制有害的离子迁移等，从而加强了器件的性能和稳定性。这种简易的一体化掺杂策略实现了一举多能，为窄带隙钙钛矿及全钙钛矿叠层太阳能电池的性能提升提供了一个极有前景的方法，也有望促进其他光电领域的发展。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06707-z

东南大学

11月9日，东南大学能源与环境学院赵东亮教授在《科学》（Science）上发表了题为“Staying stably cool in the sunlight（保持太阳直射下的稳定冷却）”的前瞻性观点论文（Perspective）。论文针对辐射冷却材料在户外长期稳定性这一关键难题，认为陶瓷材料不仅光谱性能出色，而且具有优异的环境稳定性，论文还从动态辐射冷却及全生命周期评价两方面对辐射冷却技术进行了评述和展望。赵东亮教授为论文第一作者兼通讯作者，能源与环境学院博士研究生汤华杰为共同作者，东南大学为第一通讯单位。

能源危机与气候变化是21世纪人类面临的两项重要挑战。当前，制冷用电约占全球总用电量的10%。传统制冷技术在大量消耗电能的同时，也增加了温室气体排放。鉴于此，寻找并发展新型制冷技术对于节约能源、推动碳中和进程具有重要意义。天空辐射冷却是通过大气窗口波段（8-13μm）向温度约为3K的外太空辐射热量的被动式冷却技术。当材料辐射的红外热量大于吸收的太阳光能量时，即可实现日间冷却效果而无需外界能量输入。近10年，辐射冷却技术在国际国内取得了长足发展，然而，获得一种兼具良好耐候性、可靠机械强度、低成本、可大规模制备的建筑用辐射冷却材料是领域内一直以来的瓶颈难题。

论文从物质晶体结构出发，分析了不同类型材料在太阳光和红外波段的光学特性，介绍了米氏散射协同调控材料光谱的设计原理，并认为陶瓷（如氧化铝Al2O3、二氧化硅SiO2等）材料在建筑辐射冷却领域具有良好的应用潜力。陶瓷材料通常具有较高的电子带隙，其价带上的电子无法被太阳光波段的光子激发至导带，因此在太阳光波段表现出极低的吸收特性。同时，陶瓷材料在大气窗口波段具有较高的红外辐射特性。通过米氏散射定律对陶瓷材料进行结构设计，可实现其在太阳光波段的高反射和红外波段的高发射，以达到日间辐射冷却效果。

论文还详细介绍了同期Science发表的关于陶瓷辐射冷却材料的两篇研究工作。Zhao等人和Lin等人均通过烧结陶瓷颗粒-有机溶剂混合涂层的方法制备了具有高度紧凑结构的微纳多孔辐射冷却材料。两组科研人员分别通过优化氧化铝颗粒粒径和氧化铝骨架内部孔洞尺寸，实现了高太阳光反射率。而隶属于三方晶系的二氧化硅和六方晶系的氧化铝，赋予了该类材料优良的耐候性，即使在高温煅烧、紫外照射等恶劣条件下仍能维持其高太阳光反射率。在屋面应用该陶瓷辐射冷却材料后，建筑内部空调能耗相比于普通白色涂料建筑可降低26.8%。

论文最后提出，通过使用陶瓷辐射冷却材料来减少建筑碳排放的策略不能仅关注使用过程中的节能和成本效益，而应当进行全生命周期评价。此外，论文还介绍了动态辐射冷却技术的现状及发展瓶颈。动态辐射冷却技术是基于外部环境条件（温度、湿度、光照等）的变化，通过被动或主动方法调控材料太阳光及红外光谱，实现制冷或制热需求的辐射热管理技术。未来，可大规模制备、低成本的动态辐射冷却材料将会是该领域的重要研究方向之一。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk9614

来源：武汉大学、东南大学。

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原标题：《2所985，连发Nature、Science》

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