面向国家“双碳”战略目标与能源绿色转型重大需求，聚焦新能源材料与器件领域的能量转换与能量储存两大主线，系统构建了覆盖“材料设计—制备合成—器件组装—性能评价”全链条的技术体系。团队以锂离子电池、超级电容器、燃料电池及全钙钛矿叠层太阳能电池等为特色方向，融合纳米功能材料创制、电化学储能机制解析、表界面工程调控、界面改性分子设计、结晶动力学调控与器件物理优化等多学科手段，在二维过渡金属硫化物储能材料、柔性超级电容材料、MOF基自支撑电催化材料、有机光伏宽带隙受体材料以及高效稳定全钙钛矿叠层光伏器件等方面取得系统性突破。成功开发了二维钙钛矿“三合一”界面改性策略，构筑了效率突破30%、稳定性超过1800小时的全钙钛矿叠层器件，形成了从分子设计、薄膜工程到器件集成的完整技术链条，为新能源材料国产化替代与高性能器件自主研制提供了关键技术支撑。

【核心技术突破】

窄带隙钙钛矿光伏器件性能提升：开发了二维碘化苯乙胺铅单晶（PEA₂PbI₄）作为“三合一”界面改性剂，兼具结晶调控剂、埋层晶种与表层钝化剂三重作用，用于制备高质量铅锡薄膜。PEA₂PbI₄与铅锡钙钛矿之间的相互作用不仅能够诱导均匀成核与晶体垂直生长，还可同时强化铅锡薄膜上下两层界面，保障载流子高效输运与抽取。借助该三合一改性材料，铅锡钙钛矿单结太阳能电池光电转换效率达到24.07%；在ISOS-L-1测试条件下，器件T90寿命（效率衰减至初始值90%所经历的时长）超过2000小时，有效解决了窄带隙钙钛矿结晶可控性差与长期稳定性不足的关键难题。

宽带隙钙钛矿光伏器件性能提升：通过引入二维CsPb₂Br₅材料作为晶体生长调节剂，有效降低了I/Br混合宽带隙钙钛矿的成核能垒并引导其垂直生长，同时增加了缺陷形成能，从而协同实现了薄膜缺陷抑制、残余应力释放与相分离抑制。基于该高质量薄膜，成功制备出冠军效率高达20.14%、填充因子创纪录达85.39%的1.80 eV宽带隙钙钛矿太阳能电池，构筑的钙钛矿/硅四端叠层和全钙钛矿叠层器件效率分别达到31.13%和28.39%。该研究通过精准结晶控制突破了宽带隙钙钛矿器件的性能瓶颈，为提升钙钛矿叠层光伏器件性能提供了全新思路。

全钙钛矿叠层光伏器件性能突破：基于三合一改性铅锡子电池构建了两端单片叠层电池，截面图验证了宽窄带隙钙钛矿叠层的完整层状结构，统计箱线图证明改性叠层电池效率、填充因子重复性与均匀性大幅提升。J-V测试取得30.07%冠军效率、84.77%超高填充因子，第三方认证效率达29.22%，在同类型器件中填充因子性能处于领先水平。MPPT测试实现29.87%稳定功率输出，EQE积分短路电流与J-V测试匹配良好。长效光照稳定性测试证明器件连续工作1800小时仍保持90%初始效率，充分验证了该三合一界面改性策略对高性能、高稳定全钙钛矿叠层器件的实用价值。

柔性超级电容器材料与可穿戴器件技术：面向柔性可穿戴电子设备对储能器件轻薄化、柔韧化、安全化的迫切需求，团队在柔性超级电容材料领域取得重要进展。系统研究了柔性电极材料的设计策略、结构优化与制造方法，涵盖水热合成、真空过滤、沉积法、丝网印刷等先进制备工艺。该研究明确了柔性超级电容器各功能部件的力学特性与电化学性能的协同设计原则，成果发表于国际顶级期刊《Advanced Science》，并被收录为该期刊十周年纪念专刊，对柔性可穿戴超级电容器的组装与应用具有重要指导意义。

高性能锂/钠离子电池储能材料设计技术：针对传统电极材料比容量低、循环稳定性差的关键瓶颈，团队围绕二维过渡金属硫化物和三维多孔材料在电化学储能方面的应用，系统开展储能材料的结构设计与性能优化研究。通过精准调控材料微观形貌、层间距与表界面化学环境，显著提升离子的嵌入/脱出动力学与结构稳定性，为高比能、长寿命锂/钠离子电池电极材料的开发提供了新思路。

纳米功能光/电催化材料设计技术：聚焦高性能光/电催化材料的设计合成，团队在纳米功能材料的形貌调控、晶面工程与表面缺陷工程方面积累了系统经验。通过精准构筑纳米催化材料的活性位点与电子结构，实现了光催化降解、电催化析氧/析氢等反应的高效催化转化。相关技术为清洁能源转化与环境污染治理提供了材料支撑。

有机太阳能电池宽带隙受体材料创制技术：针对有机太阳能电池光吸收范围窄、能量转换效率受限的关键科学问题，团队设计合成了新型喹喔啉稠环宽带隙受体材料。通过稠环分子骨架的精准构筑与端基官能团修饰，实现了材料能级、光吸收谱带与结晶性的协同优化。该材料体系在保持宽带隙特性的同时，与窄带隙给体材料形成互补的光吸收，为高效叠层有机太阳能电池的发展提供了新材料方案。

【成果支撑】

师资队伍为全博士阵容，含教育部“新世纪优秀人才”、陕西省中青年科技创新领军人才、陕西省青年科技新星及多名海归博士，李凯副教授团队获批西安市“科学家+工程师”队伍建设项目。团队主持国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、咸阳市科技局重点研发计划、中国博士后面上基金等多项课题，在《Joule》《Advanced Materials》《Energy & Environmental Science》《Advanced Science》《Angewandte Chemie》等领域顶刊发表SCI论文数十篇，申请发明专利20余件、已获授权多件，荣获陕西省自然科学二等奖。专业实施小班制管理与本科生导师制，与隆基绿能等企业构建“一专一企”校企联合办学格局，毕业生深造率超40%、就业率超95%，为新能源领域输送了大批高水平技术人才。

【应用前景】

光伏发电与叠层器件领域：全钙钛矿叠层器件效率突破30%、稳定性超1800小时，突破单结Shockley-Queisser极限潜力巨大，预期可显著降低光伏发电成本；有机宽带隙受体材料可应用于叠层光伏器件、半透明光伏窗及建筑一体化光伏（BIPV）等场景。钙钛矿光伏材料成本低廉，可安装于屋顶、立面、水面等多种场景，产业链涵盖上游前驱体材料与下游集成应用，产业化基础坚实，可推动能源革命、促进产业升级，服务“双碳”目标。

高比能储能电池领域：锂/钠离子电池储能材料的突破可应用于电动汽车动力电池、大规模储能电站及便携式电子设备电源，助力提升能量密度与循环寿命，满足新能源汽车与储能市场快速增长的需求。

柔性可穿戴电子领域：柔性超级电容器材料与器件技术可应用于智能手表、健康监测贴片、柔性显示屏、电子皮肤等可穿戴设备的柔性电源模块，解决传统刚性电池在弯曲、拉伸工况下的安全性问题，支撑下一代柔性电子产品产业化。

绿氢制备与燃料电池领域：MOF基自支撑电催化材料及固体氧化物电池电解水制氢技术可服务于绿氢制备、燃料电池电催化等清洁能源转化场景，在“氢能走廊”建设与工业深度脱碳背景下具有明确的市场需求与产业化前景。

跨领域拓展与产业升级：本技术形成的界面改性分子设计策略与结晶调控方法可拓展至全无机钙钛矿、锡基钙钛矿、发光二极管、光电探测器等光电器件领域。同时，团队在纳米功能材料与电催化领域的积累，可服务于隆基绿能、宁德时代等龙头企业材料迭代需求，支撑新能源关键材料国产化替代与核心竞争力提升。