趙麗宸，出生於吉林省長白山腳下一座美麗的小縣城——靖宇縣，本科畢業於哈爾濱工業大學材料化學系，師從陳剛教授。
後被保送至北京大學物理學院，在龔旗煌院士領導的現代光學研究所直博，師從朱瑞教授。
博士期間在朱瑞教授的支持下，於 2016-2018 年前往瑞士洛桑聯邦理工學院化學科學與工程學院聯合培養，師從「染料敏化太陽能電池之父」——米夏埃爾·格雷策爾（Michael Grätzel）教授（2021 年當選為中國科學院外籍院士）。
2019 年 7 月博士畢業之後，入選北京大學「博雅計劃」，選擇繼續留在國內從事博士後研究工作。
2022 年 3 月，被北京大學物理學院聘為特聘副研究員，任職於龔旗煌院士（北京大學校長）、朱瑞教授團隊。同年，入選「北京市科技新星計劃」。
圖｜趙麗宸（來源：趙麗宸）
10 年來，她一直聚焦於光電材料與器件相關研究，尤其在鈣鈦礦太陽能電池的研究方面，始終保持著高度的活躍。
求學期間「跨學校、跨學院、跨專業」的經歷，讓她擁有了材料、化學和物理交叉的教育背景，也為她提供了科研靈感來源的肥沃土壤，讓她深深受益。
博士後和特聘副研究員期間，她一直在協助朱瑞教授指導課題組的研究生。其中，李秋陽同學是她手把手帶著做實驗、從博士一年級開始帶起來的。
近期，他們共同實作了光電轉換效率超過 26.5% 的正式結構鈣鈦礦太陽能電池的開發，相關研究成果以【協調鈣鈦礦太陽能電池界面分子的雙邊鍵強度】（Harmonizing the bilateral bond strength of the interfacial molecule in perovskite solar cells）為題發表在 Nature Energy [1]。
北京大學博士生李秋陽和中國科學院劉宏博士為共同第一作者，趙麗宸特聘副研究員和朱瑞教授擔任共同通訊作者。
圖｜相關論文（來源：Nature Energy）
近年來，鈣鈦礦太陽能電池因其高效率和低成本等獨特優勢，成為光伏領域的研究熱點。其光電轉換效率提升迅速，且制備工藝簡便，是「雙碳」目標下的光伏技術有力競爭者。
然而，盡管鈣鈦礦太陽能電池具有諸多優點，其穩定性和效率問題依然是影響其大規模商業化套用的主要障礙。
特別是，通常的鈣鈦礦薄膜具有多晶性，鈣鈦礦太陽能電池具有多層結構，這會導致諸多界面的存在。
鈣鈦礦太陽能電池效能的衰退往往與界面處的化學反應和缺陷演化密切相關，因此這些界面被認為是決定電池效能的關鍵因素之一。
基底和鈣鈦礦層之間的埋底界面尤為重要，因為該界面是成核結晶、電荷分離抽取等一系列關鍵行為發生的區域，也是缺陷富集、非放射線復合損失嚴重的區域，對於電池的光電轉換效能有著直接影響。
早在 2019 年，北京大學朱瑞教授團隊就開始關註鈣鈦礦太陽能電池埋底界面的認知和調控問題 [2]。
為了最佳化埋底界面，研究人員通常會選擇在此處引入功能性分子。這些界面分子不僅可以起到鈍化界面缺陷的作用，還可以調控界面處的能階匹配，最終提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效能。
近期，該團隊透過引入 2,2’-氧雙（乙胺）（BAE，bis(2-aminoethyl) ether）分子並創新調控其與兩側功能層成鍵關系，成功實作了對鈣鈦礦太陽能電池埋底界面的最佳化，有效抑制了 BAE 分子向鈣鈦礦層的不可控插入，顯著提高了鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率和穩定性。
該研究不僅為鈣鈦礦太陽能電池效能提升提供了新方法，也為其它鈣鈦礦光電器件的界面研究提供了新視角。
審稿人對該研究評價稱：「作者（們）提出了一種有效的協調策略，為修飾界面帶來獨特而有趣的視角，並基於此實作了穩定性增強的高效鈣鈦礦太陽能電池。」。
時間追溯到 2022 年，趙麗宸在研究過程中偶然發現 BAE 分子。該分子結構特殊，兩端都帶有胺基，能夠同時與金屬氧化物電子傳輸層和鈣鈦礦層發生化學交互作用，因此展現出有效調控鈣鈦礦太陽能電池界面缺陷、改善界面能階匹配的極大潛力。
實驗過程中，趙麗宸和李秋陽發現，透過 BAE 分子的引入，基於氧化錫（SnOx）的鈣鈦礦太陽能電池的確得到了顯著的效能提升，光電轉換效率達到較高水平。
然而，將 BAE 分子套用於另一種常用的電子傳輸層氧化鈦（TiOx）上時，結果卻不盡如人意。
不僅沒有提升電池效能，反而使得光電轉換效率明顯下降，尤其是開路電壓和填充因子大振幅降低。
同時，實驗還觀察到 TiOx 基底上的鈣鈦礦薄膜背面出現了明顯的「泛白」現象，表明埋底界面處的結構發生了顯著變化。
圖｜BAE 作為界面分子在不同金屬氧化物電子傳輸層上的作用（來源：Nature Energy）
為認知和解決這一問題，該團隊對 BAE 分子在不同電子傳輸層上的結合行為進行了深入研究。
理論計算結果表明，BAE 分子在 SnOx 表面呈現出強結合，而在 TiOx 表面的結合則相對較弱。
這種較弱的結合不足以阻止 BAE 分子在鈣鈦礦成膜過程中或電池長期執行期間不可控地插入到鈣鈦礦層中。所以他們推測，這種結合差異應該是導致效能差異的主要原因。
在弄清問題根源和機制後，他們巧妙地利用界面分子與兩側功能層交互作用的競爭關系，提出了一種新的界面調控策略。
即透過在 TiOx 電子傳輸層中摻雜碳酸鋰（Li2CO3）來調控其電子結構，達到顯著增強 BAE 分子與 TiOx 鍵合的目的，BAE 分子與另一側鈣鈦礦層之間的鍵合則相應減弱。
透過協調界面分子的兩側成鍵關系，鈣鈦礦薄膜背面的泛白現象得以消除，BAE 分子向鈣鈦礦層中的侵入和破壞得到顯著緩解，埋底界面處的結構穩定性也隨之增強。
圖｜Li2CO3摻雜對 BAE-TiOx 交互作用的影響（來源：Nature Energy）
最終，透過這一創新調控方法，BAE 分子的調控作用得以最大程度地發揮，成功將正式結構鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率顯著提升至 26.5% 以上（中國計量院認證值為 26.31%），鈣鈦礦太陽能電池在濕、熱和光老化條件下的長期穩定性也相應提高。
圖｜界面分子雙側鍵協調策略提升鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效能。（來源：Nature Energy）
這一研究為鈣鈦礦太陽能電池的界面最佳化調控提供了新的研究視角和指導策略。透過調控界面分子的兩側鍵合行為，研究人員可以有效調控界面處的缺陷，進而提升電池的光電轉換效率和穩定性。
此外，該界面分子雙側鍵協調策略的套用不局限於鈣鈦礦太陽能電池領域，為其它基於多層結構的光電器件，例如鈣鈦礦發光二極體、有機太陽能電池、量子點太陽能電池等的界面調控，同樣提供了重要參考。
隨著鈣鈦礦太陽能電池逐漸向商業化邁進，大面積制備技術成為必須攻克的難題，而在此過程中，界面穩定性和均勻性問題將變得尤為突出。
該團隊認為，如何透過界面調控技術，保證大面積鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性，將是未來研究的重要方向之一。
他們計劃繼續開展更深入的界面研究，探索開發更多的界面分子及界面調控技術，以期進一步提升鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩定性，並推動其向實際套用的轉化，為實作清潔能源的廣泛套用和全球碳中和目標貢獻力量。
提及這一研究，趙麗宸表現得很興奮。她提到，上一次讓她感覺如此痛並快樂的研究工作還是 2017 年，當時她實作了光電轉換效率超過 23% 的鈣鈦礦太陽能電池，並在 2018 年國際會議 nanoGe Conference 上受到廣泛關註。
期間，為了獲得 NREL 認可的認證報告，她曾在很長一段時間內重復每天至少一批次的實驗，同時與來自中國和瑞士的兩位導師頻繁討論，這讓她積累了豐富的研究、理論與實驗經驗。
談及投稿過程，趙麗宸表示，論文投稿過程異常艱難，歷時多年，歷經數次被拒後，最終在 Science Advances 發表 [3]。
正是這一段高壓充實的科研經歷，使她無論面對多大挑戰，都能以積極、從容的心態應對。
她也表示，很感激朱瑞教授給予她足夠的自由、空間和指導，支持她踏實地做自己真正感興趣的研究；也很感激北京大學現代光學研究所的平台，始終瞄準科學前沿，為青年科研人員提供充足的硬體保障和良好的學術氛圍。
參考資料：
1. Qiuyang Li , Hong Liu , et al. Harmonizing the bilateral bond strength of the interfacial molecule in perovskite solar cells. Nature Energy (2024). https://doi.org/10.1038/s41560-024-01642-3
2. Xiaoyu Yang, Deying Luo, Yuren Xiang, et al. Buried interfaces in halide perovskite photovoltaics. Advanced Materials 33, 2006435 (2021). https://doi.org/10.1002/adma.202006435
3. Lichen Zhao, Pengyi Tang et al. Enabling full-scale grain boundary mitigation in polycrystalline perovskite solids. Science Advances 8, eabo3733 (2022). https://doi.org/10.1126/sciadv.abo3733
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