7月30日，北京理工大学陈棋教授和北京大学周欢萍特聘研究员在科研类最顶级的学术期刊Science上发表题为 “Liquid medium annealing for fabricating durable perovskite solar cells with improved reproducibility” 的论文，我院青年教师刘桂林副教授为该论文合作者且为江南大学唯一作者。该工作开发了一种简单的钙钛矿薄膜退火工艺—液相介质退火，而刘老师为该工作中的瞬态光电测试提供了重要支持（如图1）。

在该工作中，（如图2）所示，其退火工艺有别于传统工艺在空气或氮气中直接退火，液相介质退火及器件制备有以下几个优势：

(1) 液相介质提供了均一的温场，由此实现钙钛矿薄膜的全方位均匀加热。传统退火只有“自下而上”的单一传热模式，传热方向与薄膜结晶生长方向不一致，且传热速度慢；而在该新的退火工艺中，当湿膜接触到液相介质后便迅速开始全方向的传热，特别是“自上而下”传热使得薄膜在短时间内达到退火温度。因此，液相介质退火制备的钙钛矿薄膜晶粒尺寸大，结晶度高，为高质量薄膜的可重复制备奠定了基础。

(2) 液相介质阻隔了钙钛矿与外界环境的接触，有效抑制了水、氧等分子与钙钛矿的反应，也避免有机氛围对钙钛矿结晶过程的影响。此外，液相介质构筑的“屏障”，能够抑制气相组分的挥发，从而抑制钙钛矿在高温下的热分解，保持组分的化学计量比。由此得到的钙钛薄膜缺陷更少，组分相态更均一，为高质量大面积薄膜制备提供了有一种的思路。

(3) 液相介质退火工艺显著降低了钙钛矿器件制备对环境的依赖性。在一年四季不同的环境条件下（湿度与温度），液相介质退火工艺制备的电池效率分布窄，平均效率达23%。而传统退火工艺制备的电池效率对环境敏感（冬天为22%以上，夏天仅19%），如图3所示。该方法为全天候可重复的产业化生产奠定了基础。

液相介质退火使得钙钛矿薄膜具有更均一的光电性质，大面积与小面积的电池效率差异显著降低。目前，小面积器件（0.08 cm2）实现了24.04%的稳态输出效率，认证值为23.7%。而大面积器件（1 cm2）实现了23.15%的稳态输出效率，认证效率为22.3%，超过目前该面积下所有公开报道的第三方认证效率。该方法有望进一步推广至大面积电池模组的制备。基于上述结果，研究者认为这种液相介质退火工艺为高质量，组分空间均一的钙钛矿薄膜的全天候可重复制备开辟了新的途径，可以广泛应用于不同组分（如三维铅基、锡铅混合、二维等）钙钛矿光电器件（如太阳能电池、发光二极管等）的制备。

刘老师所在的光伏团队深耕教学一线，将教学与科研相结合。团队发挥江南轻工特色，以自研仪器为重要手段，团队成员从全国首台LED太阳光源模拟器开始，自研多种半导体光电测试与表征设备，获得了包括江苏省科技进步奖在内的多项奖励。刘老师发明的可变角瞬态光电测试平台能够测量半导体材料在开路与短路条件下半导体内光生载流子的动力学过程，经过多年研发迭代，样机在北京大学、北京理工大学、国家太阳能光伏质检中心等多家单位发表了包括Science、Nature Energy在内的多篇高水平论文。

图1：刘桂林老师开发的瞬态光电测试系统测试结果

图2：钙钛矿薄膜在传统退火模式下的热场分布（A）和表面形貌（B），以及在液相介质退火下的热场分布（C）和表面形貌（D）

图3：液相介质退火制备的小面积（A）与大面积（B）钙钛矿太阳能电池J-V曲线以及稳态效率；传统退火（Ref）与液相介质退火（LMA）得到的大小面积电池效率差异对比（C）；一年四季不同退火条件下得到的器件性能统计（D）