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导读

7月16日，南昌大学化学化工学院/高分子及能源化学研究院陈义旺教授、谈利承教授团队在《Science》上发表空气环境大面积钙钛矿光伏制备研究方向取得重要进展，2025年11月，该团队曾《Science》上发表过新型薄膜太阳能电池领域取得重要突破。（）

1、《Science》刊发南昌大学高分子及能源化学团队在空气环境大面积钙钛矿光伏制备领域重要研究成果

近期，南昌大学化学化工学院/高分子及能源化学研究院陈义旺教授、谈利承教授团队在空气环境大面积钙钛矿光伏制备研究方向取得重要进展，相关成果以“Spatiotemporally homogeneous crystallization for ambient scalable perovskite photovoltaics”为题，发表于国际顶级学术期刊《Science》。南昌大学硕士生高斌楼为该论文第一作者，博士后钟杨为该论文共同第一作者，陈义旺教授、谈利承教授为该论文共同通讯作者。

当前钙钛矿光伏技术向商业化推进过程中仍面临诸多共性挑战：传统小面积器件制备工艺多依赖惰性气氛与旋涂工艺，较难适配高通量、大面积量产需求；同时空气环境下大面积成膜普遍存在结晶时空均匀性不足、薄膜易受水汽影响发生降解等技术难题。针对上述问题，团队创新性提出“相锁定”研究策略：在PbI2前驱体中引入兼具脲基配位基团与三甲氧基硅烷交联基团的双功能分子3-脲丙基三甲氧基硅烷（TMPU），利用空气环境中水分原位交联反应形成疏水的动态保护层，同时利用脲基与铅基中间体形成强配位作用，实现了在宽湿度范围内对结晶动力学与相稳定性的协同调控。该策略一方面降低了光活性相钙钛矿的形成能垒，引导薄膜直接以高稳定光活性相结晶，有效减少相变过程引发的结构缺陷；另一方面通过交联网络的物理阻隔与动态键合协同效应，可阻挡环境水汽侵入，缓解先沉积区域过早降解的问题，显著改善大面积钙钛矿沉积过程中的结晶时空不均现象。该研究工作将结晶动力学、环境耐受性与大面积薄膜均匀性三者进行系统关联，在解决空气环境下大面积钙钛矿薄膜易降解、均匀性差的共性技术问题上取得重要进展，为钙钛矿光伏从实验室小面积器件向工业化大面积组件发展提供了科学依据与技术路径。

基于该策略，团队采用具备商业化兼容性的刮刀涂布法制备了26.7%效率的光伏电池，经第三方权威机构认证效率达26.1%；面积放大至100cm2的刚性、柔性以及碳基组件，均表现出良好的器件性能。在长期稳定性测试中，封装器件在空气环境下85℃、1倍太阳光照射下持续运行1500小时，以及在85℃、85%相对湿度“双85”商业化标准湿热测试中历经2300小时，效率保持率均超过90%，具备向商业化应用推进的良好潜力。

从《Nature Energy》在钙钛矿本征材料稳定性提升的研究积累，到此次《Science》在空气环境大面积制备技术上取得的阶段性成果，团队逐步完善了“高稳定材料—均匀化成膜—规模化组件”的技术研究路径，为推进钙钛矿光伏产业化提供了重要支撑。该系列研究工作得到国家自然科学基金面上项目、国家重大科研仪器研制项目等资助，是南昌大学深耕新能源材料基础研究、主动对接服务江西省“1269”行动计划的具体体现，有望为江西打造全国新型光伏产业高地提供科研助力。

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aef1969

2、武汉理工大学傅正义院士、桑夏晗研究员在Science上发表最新成果

近日，武汉理工大学材料复合新技术全国重点实验室傅正义院士、桑夏晗研究员团队在限域空间的固液相变领域取得重要进展。相关研究成果以“Geometrically Driven Reversible Solid-Liquid Phase Transition at the Atomic Scale”为题，于7月16日发表在国际学术期刊《Science》上。

材料科学中的经典均匀形核理论将固液相变描述为球形晶核体积自由能与表面自由能的竞争，由此引出临界晶核尺寸和临界形核势垒等核心概念。在此基础上，经典理论进一步探索了单一表面上的非均匀形核，发现附着于表面形核虽能降低形核势垒，临界晶核尺寸却保持不变，形核势垒依然存在。然而，在自然界和材料合成中，能提供两个或更多表面的限域空间是一种极为常见但更为复杂的非均匀形核条件，涌现了大量经典理论无法描述的反常现象。长期以来，如何在限域空间中控制并观察纳米尺度临界晶核的相变过程，进而修正经典理论，一直是一项巨大挑战。

针对这一挑战，研究团队在透射电子显微镜中原位构造了半径小于5纳米的铋（Bi）团簇，并实时观察其在限域空间中的相变过程。团队首先对范德华层状材料碲化铋施加电压，诱导Bi离子定向扩散，在样品侧面形成Bi团簇；随后，将该团簇置于样品与钨针尖两个表面之间的限域空间内，并借助高精度压电控制移动钨针尖来改变限域空间距离，实现了对纳米团簇几何限域条件的精确调控。基于此设计，团队首次在原子分辨率下直接观察到随着限域空间变化，临界晶核在准非晶纳米圆盘、单晶纳米线以及液态纳米液滴之间发生可逆循环相变。

研究揭示，决定这一相变过程的核心参数不是经典理论中的临界形核半径或临界形核体积，而是临界晶核在限域空间中的长径比。过大或过小的长径比均会导致临界晶核形成非晶或液相，而固相只在一个最优长径比区间内稳定存在。这表明，从经典非均匀形核的单一表面到限域空间的双表面，是从量变到质变的过程，从本质上改变了形核过程动力学。其根本原因在于，两个平行表面破坏了系统的三维球对称性，使之降低为仅沿单轴旋转的轴对称性。这迫使临界晶核从球形转变为圆柱形，从而使晶体本身的表面能各向异性占据主导。长径比的出现正是材料表面各向异性与限域界面能相互竞争的结果。分析表明，在较大的长径比范围内，限域空间形核甚至不存在形核势垒，液固相变极为迅速，这是对经典形核理论的重大修正。

此外，几何限域效应还迫使纳米线表现出强烈的择优生长取向，而这种择优取向在非限域的自由纳米颗粒中是完全不存在的。这同样源自限域空间球对称性的缺失，使得形核晶粒只具有轴对称性，并沿该对称轴方向优先生长。该成果不仅在原子分辨率下直观展示了几何限域下的固液相变过程，为几何驱动的相选择和取向选择提供了机制基础，也为限域工程新型纳米材料设计、复合材料界面调控、仿生材料与过程仿生制备提供理论支撑。

我校材料复合新技术全国重点实验室为论文第一完成单位。桑夏晗研究员和苏州实验室丁峰研究员为共同通讯作者。我校2024年毕业的博士生崔文俊为论文第一作者，苏州实验室钱丞博士为共同第一作者。该工作获得了教育部先导计划、国家自然科学基金、科技部重点研发计划等项目的资助。

图 限域空间下Bi随长径比变化的可逆相变过程

论文链接：https://science.org/doi/10.1126/science.aed6019

来源：南昌大学、武汉理工大学