钙钛矿和有机光伏材料带隙可调、光电性质优异且成本低廉，是最具潜力的新一代光伏技术。构建叠层太阳能电池可突破单结电池肖克利-奎伊瑟理论极限效率。其中，钙钛矿/有机叠层太阳能电池是最有可能实现两类活性层在带隙、稳定性方面高度互补和兼容性的叠层电池（图1），且具有轻质、柔性、可溶液印刷等本征优势，有望实现基于塑料衬底的颠覆性光伏产品，与晶硅太阳能电池在应用场景上互补。

图1钙钛矿/有机叠层电池结构及活性层带隙、稳定性互补示意图

钙钛矿/有机叠层太阳能电池由钙钛矿活性层、复合层及有机活性层等多层薄膜构成，各层通过逐层沉积与生长工艺制备而成。与单结太阳能电池相比，叠层器件对各薄膜层的光学与电学性质提出了更为严苛的要求：一方面，钙钛矿与有机活性层的组分及能带结构需高度适配，以最大化提高光子利用效率；另一方面，活性层吸光产生的载流子需在复合层实现平衡复合，从而降低器件能量损失；此外，由于钙钛矿、有机活性层及复合层普遍具有多晶或半晶特性，易引发组分缺陷及不良电学接触。以上问题严重制约了叠层电池中载流子的产生、扩散与复合行为，进而限制了器件效率与稳定性的提升。

围绕上述科学问题，本课题组以有机/聚合物、钙钛矿半导体材料体系为切入点，以发展具有功能导向的有机高分子材料为手段，借助超分子弱键作用力及其组装方法，实现了各功能层电子态与聚集态精准调控，全面改善了钙钛矿/有机叠层器件中载流子动力学（产生、扩散、复合）行为，主要研究思路如图2：

（1） 创制了基于光学管理的叠层太阳能电池新结构，突破单结器件结构局限性，通过精确调控各功能层组分及能带结构，实现了顶底电池吸收光谱适配和载流子的高效产生，获得稳定性、吸收光谱高度互补和兼容的钙钛矿/有机叠层电池。

（2）开发了基于功能有机高分子材料的分子模板策略，实现了半晶有机活性层和多晶钙钛矿的可控生长，促进载流子高效分离与扩散，获得了具有世界纪录认证效率的钙钛矿/有机叠层电池。

（3）提出了超分子作用力序构复合层的新思路，从原子和分子尺度揭示了微纳结构与载流子输运的构效关系，实现了载流子在复合层的高效、平衡复合，完成了载流子动力学的链条研究。

图2主要研究思路