北京
鈣鈦礦/電荷傳輸層異質結處的界面損失仍然是實現高性能鈣鈦礦太陽能電池的關鍵障礙。雖然分子配體可以鈍化界面空位缺陷，但其垂直錨定幾何構型通過增加界面傳輸路徑而損害電荷傳輸。
2026年5月13日，陜西師范大學趙奎、劉生忠、瑞典林雪平大學高峰共同通訊在Nature在線發表題為“Stereoelectronic manipulation of ligands for perovskite solar cells”的研究論文。該研究通過配體吸附拓撲結構的立體電子調控，協同解決了界面缺陷鈍化與電荷傳輸的矛盾，實現高效且穩定的鈣鈦礦太陽能電池。 這項研究為鈣鈦礦太陽能電池的界面設計提供了新范式，有望推動鈣鈦礦太陽能電池邁向商業化。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10626-0
鈣鈦礦太陽能電池（PSC）以前所未有的效率提升重新定義了光伏技術的邊界，在實驗室條件下實現了接近27%的認證光電轉換效率（PCE）。然而，鈣鈦礦/電荷傳輸層（CTL）界面處仍然存在能量損失—這既是提升效率上限的關鍵障礙，也是實現產業化的瓶頸。
現有的分子設計策略面臨一個內在的權衡。配體（如苯乙銨）通過將胺末端插入Pb-I骨架形成離子相互作用鍵來實現缺陷鈍化，但由于外部碳鏈有機基團的存在，導致了過大的傳輸距離（d > 2 nm）和寄生傳輸阻力。這種權衡構成了分子設計中的一個根本性挑戰：原子尺度的缺陷緩解需要強的界面鍵合（垂直排列），而最佳的電荷傳輸需要最小化的傳輸距離（平面排列）。
鈣鈦礦表面配體結構與吸附拓撲（圖源自Nature ）
在此，研究人員發現，通過立體電子效應對配體吸附拓撲結構的調控，可以實現界面最小能量損失，從而獲得高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池。通過策略性地將苯環上的碳原子替換為氮原子以構建吡啶或嘧啶環，設計出同時通過Pb-N配位鍵和Pb-I-π相互作用錨定在鈣鈦礦上的配體，賦予單個分子具有雙重協同結合模式。這種相互增強的立體電子相互作用驅動配體形成熱力學上有利的平面排列，從而在原子尺度上減輕缺陷，同時保持亞納米尺度的界面電荷轉移。
優化后的界面結構實現了26.85%的穩態功率輸出，認證反向掃描和正向掃描效率分別達到27.41%和26.35%。此外，該太陽能組件表現出優異的運行穩定性，在258天的戶外實時現場測試后，仍保持初始組件效率的85.8%。這項研究為鈣鈦礦太陽能電池 的界面設計提供了新范式，有望推動鈣鈦礦太陽能電池邁向商業化。
來源：上海交通大學環境科學與工程學院
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