近日，华北电力大学新能源学院李美成团队依托国家重点研发计划课题、国家自然科学基金重点项目等课题支持，在国际能源领域顶级期刊Joule在线发表了题为“Controllable electrolysis doping of organic semiconductors for stable perovskite solar cells”的重要研究论文。

钙钛矿太阳电池（PSCs）技术发展是大规模开发和利用太阳能的关键支撑。目前，高效PSCs常用的空穴传输材料以Spiro-OMeTAD为代表，这类材料依赖LiTFSI等掺杂剂和复杂的氧化过程，来获得高导电性与适配的能级结构。传统氧化过程耗时漫长、对环境敏感，还存在严重的“后遗症”：LiTFSI掺杂剂中残留的Li离子极具破坏性——它们易受湿度影响，会迁移并穿透钙钛矿薄膜，导致电池稳定性下降，严重限制了钙钛矿太阳电池性能提升和实际应用。

图1 钙钛矿太阳电池结构示意图和新型电解掺杂技术与传统掺杂技术对比图

本研究针对有机半导体空穴传输层的掺杂难题，另辟蹊径提出一种新型电解掺杂策略，精准调控钙钛矿太阳电池中空穴传输层的电学特性，实现电池效率和稳定性的双重突破。该策略的核心在于以电子和空穴作为“氧化还原剂”构建电解体系实现双重关键作用。在阳极将有机半导体（如常用的Spiro-OMeTAD）氧化为离子自由基，同时在阴极将Li离子还原为Li 原子，实现了掺杂量的精准调控与Li离子的高效去除。

图2 电解掺杂技术实现空穴传输层P型掺杂和去除锂离子

采用电解掺杂Spiro的正式PSCs，光电转换效率（PCE）达26.16%，在25%相对湿度下储存5000小时仍保持97%初始效率；而使用电解掺杂PTAA的反式PSCs，PCE达25.57%，连续1个太阳光下工作1400小时后保持初始效率的91%。该成果提出了一种有机半导体材料的创新掺杂策略，广泛适用于Spiro-OMeTAD等多种有机半导体，为有机半导体材料的电学性能调控及在光电子器件领域的应用开辟了新方向。

图3 钙钛矿太阳电池效率和稳定性双重突破

李美成教授研究团队聚焦太阳能和储能等新能源前沿领域，坚持“原创理论突破—创新技术应用”研究模式，构建了以钙钛矿太阳电池、锂/钠储能电池、光储一体化器件和智慧能源系统为核心的特色研究体系。团队首创钙钛矿同质结太阳电池，连续创造并保持空气环境中制备钙钛矿太阳电池的效率世界纪录；开拓光储一体化创新领域和原创提出适用未来智慧能源系统的“绿能”计量单位，突破新能源微网系统关键技术，推动了新能源关键科学技术研发和行业高质量发展。近年来，团队在国际顶级期刊Nature Energy、Joule、Nature Communications等发表系列高水平学术成果。

初审：黄 浩

复审：崔 鹏

审核：李美成

责任编辑：陈昀睿