建大新闻网讯    近日，材料科学与工程学院云斯宁教授“新能源材料”团队在无机非金属能源材料高效和资源化利用方面取得重要进展，相关研究成果以“Phase-Segregation Engineering of BinaryMetal Selenide Heterojunctions on 3D N-Doped Carbon Cubes: Boosting Carrier Transport via Electron-Rich Field for High-Performance Photovoltaics（相分离工程构筑三维氮掺杂碳立方体负载二元金属硒化物异质结：富电子场促进载流子传输以实现高性能光伏应用）”为题，发表在国际著名期刊Advanced Functional Materials（2025年影响因子为19.0，SCI一区TOP期刊，我校A类期刊）上。云斯宁教授为论文独立通讯作者，我校研究生杨天翔为论文第一作者，我校为论文独立完成单位。

太阳电池作为可再生能源领域的研究热点，其对电极材料长期依赖昂贵的贵金属（如Pt、Au），严重制约了产业化进程。碳基材料虽成本低廉，但受限于载流子传输效率低、界面复合严重等难题。如何在保持低成本的同时实现高效稳定的载流子传输，成为太阳能光伏领域亟待突破的关键科学问题。

研究团队提出了一种创新的“相分离工程”策略，成功制备出两种新型三维氮掺杂碳基异质结电极材料CS/FS@NDCC和NS/FS@NDCC，巧妙利用不同金属基普鲁士蓝类似物作为牺牲模板，通过一步硒化处理，实现了二元金属硒化物在三维纳米碳立方体上的原位生长与相分离。这种独特的结构设计不仅提供了高比表面积和丰富孔道，更重要的是在异质界面处形成了自驱动电子转移的“富电子场”，显著提升了载流子的传输与提取效率。在无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳电池中，两种新材料实现了14.11%和12.82%光电转换效率；在纳米晶液结太阳电池中，实现了8.91%和8.09%的光电转换效率，验证了材料的多场景应用潜力。

CS/FS@NDCC与NS/FS@NDCC新材料制备及在太阳电池中应用示意图

该研究提出的相分离工程新策略利用普鲁士蓝类似物的相分离行为，可控构筑二元金属硒化物异质结，为碳基复合电极的界面工程提供了全新思路；进一步揭示了异质界面自驱动电子转移诱导的“富电子场”形成机制，阐明了其对载流子分离、传输的促进作用，丰富了半导体界面物理的理论内涵；同时从电子结构层面揭示了性能提升的微观机制，深度解析了构效关系，为理性设计高性能电极提供了理论指导。该研究开发的相分离工程策略为低成本、高效率碳基电极材料的设计开辟了新路径，该类异质结电极不仅有望应用于柔性光伏器件、光电探测器等新兴领域，其富电子场效应还可拓展至电催化制氢、二氧化碳还原等能源转化场景。未来通过材料组分和结构的进一步优化，有望突破碳基电极的导电性瓶颈，推动新一代无贵金属太阳能光伏器件向产业化迈进。

该研究得到了国家自然科学基金、陕西省国际科技合作重点项目、陕西省重点科技创新团队等基金的资助。

期刊链接：

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/journal/16163028

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202531713

文字、图片：云斯宁（材料科学与工程学院）

编辑：肖雯雯