近10多年來，鈣鈦礦半導體材料的發現和發展對光電轉換及應用產生了明顯的積極影響，目前已在晶體管、探測器、傳感器、太陽能電池、光通訊、發光顯示、激光器等應用領域表現出巨大潛力。其中，鈣鈦礦太陽能電池以其更加清潔、便于應用、制造成本低和效率高等顯著優點，迅速成為國際上科研和產業關注的熱點。要實現上述各類器件的產業化應用，亟需進一步解決鈣鈦礦半導體薄膜的大面積成膜質量難以控制、缺陷態密度高以及器件遲滯效應等一系列核心問題。

鑒于此，復旦大學微電子學院楊迎國等依托復旦大學微電子學院、上海同步輻射光源等大科學平臺，率先建立了先進的有機、無機及鈣鈦礦半導體薄膜和器件制備及先進表征系統，形成了具有同步光源特色的半導體薄膜表界面微結構、形貌分析方法和在線同步輻射原位研究平臺，在半導體薄膜結晶調控、結晶動力學過程、表界面工程及工況等研究方面取得了系列特色成果：Adv. Energy Mater. 2023， DOI： 10.1002/aenm.202300661; Adv. Energy Mater. 2023， 2300168; Angew. Chem. Int. Ed. 2023， 62， e202217173; Sol. RRL， 2023， 7： 2201032; Sol. RRL 2023， 7， 2300153; J. Mater. Chem. A， 2023， 11， 5015-5026 （Cover）; Organic Electronics， 2023， 113， 106707，1566; Nature ， 2022， 612（7941）： 679-684; etc.）。

圖1

特別是在碳基量子點（CQD）增強SnO2電子遷移率的驅動力及機制方面，楊迎國聯合西安交通大學董化、東南大學盧海洲、南京工業大學秦天石&黃維等在《Advanced Energy Materials》（AEM，JCR Q1區，影響因子~27.8）刊發活性SnO2晶面使高效和超可彎曲的正式鈣鈦礦太陽能電池具有創紀錄的功率轉換效率的研究成果：Active SnO2 Crystal Planes Enable Efficient and Ultra-Bendable n-i-p Perovskite Solar Cells with Record Certificated Power Conversion Efficiency，DOI：https://doi.org/10.1002/aenm.202300661。首次采用高角度環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）揭示了一種新型碳量子點摻雜后SnO2晶面的變化；基于同步輻射紅外光譜得到了碳量子點修飾的SnO2的相關物化性質及反應機理；基于同步輻射掠入射廣角X射線散射（GIWAXS）可以穿透柔性基板以檢測鈣鈦礦層的掩埋區域，發現碳量子點修飾的SnO2顯著提高了鈣鈦礦的結晶度和相純度等相關機制。如圖1示，柔性正式鈣鈦礦太陽能電池的功率轉換效率高達23.57%（22.75%，經認證），這是單結正式柔性鈣鈦礦太陽能電池的最高值之一。相應的正式柔性模組實現了17.79%的效率，孔徑面積約為24cm2。此外，柔性鈣鈦礦太陽能電池表現出出色的穩定性，在40%的相對濕度和25°C的1個太陽光照射下1200小時后保持約95%的初始效率，并在2500次彎曲循環后保持》90%的初始效率，彎曲半徑為6毫米。

圖2

針對光電器件大面積制備、工作機理等研究方面，楊迎國聯合上海光源團隊等在《Solar RRL》（JCR Q1區，影響因子~7.9）報道了基于FAPbI3的鈣鈦礦太陽能電池（PSC），通過MXene（Ti3C2）改性TiO2實現了高達24.63%的光電轉換效率。首次采用同步輻射掠入射廣角X射線散射技術大規模探測了完整的光電器件的結構和性能均一性及機制，為表征大尺寸高效、穩定、可靠的光電器件模組提供了新的可能。這一工作入選該期刊7月份第1期期刊前封面（圖2：Ti3C2 MXene Nanosheets–Modified TiO2 Electron-Transport Layers Enables Efficient Solar Cells with Outstanding Device Consistency，DOI：https://doi.org/10.1002/solr.202300153。

文章中所使用的同步輻射先進表征技術，特別是掠入射廣角X射線衍射、散射、吸收、CT成像技術，可實現快速、精準、無損的原位探測半導體器件表面、埋底界面處的結構和缺陷空間分布等，將對各類半導體功能器件、集成電路等的界面結構與關鍵工藝的基礎研究具有重要推動作用。

相關工作得到了國家自然基金委、科技部重點研發計劃、上海市科委項目、復旦大學引進人才項目等的資助和支持。復旦大學微電子學院實驗平臺、上海同步輻射光源相關線站、國家蛋白質科學研究（上海）設施以及上海光源用戶實驗輔助系統等為上述工作的實驗、表征等提供了條件和技術支持。