双维度增强实现紫外稳定的钙钛矿太阳能电池
发展太阳能光伏技术是应对全球能源危机的重要途径之一。近年来，钙钛矿太阳能电池凭借其优异的光电性能、低成本和易于制备等优势，被视为极具潜力的下一代光伏技术。在钙钛矿太阳能电池结构中，电荷传输层扮演着桥梁的关键角色，而自组装单分子层作为一种新兴的界面空穴传输材料，因其极低的寄生吸收、易调控的能级和优异的电荷提取能力，在钙钛矿太阳能电池实现超高光电转换效率过程中发挥关键作用。近日，6163银河线路检测中心赵清教授与合作者通过引入具有双维度增强特性的聚合物自组装单分子层，为缓解钙钛矿太阳能电池在户外高能紫外光照射下的性能衰退难题提供了解决方案。该策略在保持器件高效光电转换效率的同时，显著提升了其在户外真实环境中的运行稳定性。
常规自组装单分子层因其超薄的特性（约5 nm），在真实户外太阳光（特别是紫外线）照射下，存在显著的结构脆弱性。这一弱点严重制约了钙钛矿太阳能电池的长期户外稳定运行与产业化发展。如何破解自组装单分子薄膜的紫外光致损难题，使其在高效转换太阳光能的同时经受住户外严酷的光照考验，是当前推动钙钛矿太阳能电池产业化进程中亟待解决的关键难题之一。
针对这一问题，研究团队通过实际运行条件下的老化实验，结合从头算分子动力学模拟，深入揭示了常规自组装单分子层在紫外线照射下的微观失效机制：高能紫外线会导致关键化学键断裂并引发分子骨架崩塌，促使分子从透明导电基底表面快速脱吸附，进而引发界面薄膜的结构坍塌与器件性能的急剧衰退。基于这一失效机制，研究团队提出了一种“双维度增强”的界面工程策略（图1）。在垂直维度上，引入新型聚合物自组装单分子，通过多重锚定位点，分别与下方透明导电基底以及上方钙钛矿薄膜形成稳固的键合与界面相互作用，在增强抗紫外脱附性能的同时，还为钙钛矿埋底界面提供了高效保护。在水平维度上，该材料固有的聚合物骨架能够形成相互交联的互锁网络，赋予了薄膜稳健的水平维度结构稳定性，有效抑制了由高能紫外线诱导的薄膜整体坍塌。
图1. 常规自组装单分子层解离机理以及双维度增强策略
实验结果表明，双维度增强策略大幅减少了器件的漏电流通道，同时显著优化了钙钛矿太阳能电池的界面载流子提取动力学。制备的钙钛矿太阳能电池实现了国际领先的27.10%的光电转换效率（第三方独立认证效率为26.90%）。此外，团队还成功制备了有效面积为14.1 cm2的钙钛矿微型光伏组件，实现了23.17%的光电转换效率，展示了该策略在大面积规模化制备中的可行性。
更为重要的是，该策略大幅提升了器件的运行稳定性与户外抗紫外性能。在65℃条件下的最大功率点追踪测试中，器件连续运行2100小时后效率仅衰减2%。在自然户外光紫外线强度1.73倍的高强度连续紫外照射下2200小时后，器件仍能保持初始效率的86.7%。此外，在经受真实户外光照约85天之后，器件依然保持了初始效率的90.5%（图2）。这一系列结果验证了双维度增强策略在提高器件紫外光以及户外运行稳定性方面的有效性，为未来设计更具户外服役潜力的钙钛矿太阳能电池界面材料提供了重要参考。
图2. 双维度增强策略提升钙钛矿太阳能电池器件性能
该研究以“Robust self-assembled monolayer enables ultraviolet stable perovskite photovoltaics”为题，于近期在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications (2026) 17:6638）。四川大学与6163银河线路检测中心联合培养博士生王科力、中科院深圳先进技术研究院的李玉恒与李万里博士为论文共同第一作者，赵清教授、6163银河线路检测中心2024届博士毕业生（现为新加坡国立大学博士后）骆超、中科院深圳先进技术研究院王在伟研究员和四川大学马建毅研究员为论文共同通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。
论文原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-73426-0
