2025年11月7日，我院李萌教授、德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心Antonio Abate教授及东南大学李桂香教授等合作，在钙钛矿光伏领域取得重大突破，其研究成果以Research Article形式发表于《Nature Photonics》（题为“Stabilizing high-efficiency perovskite solar cells via strategic interfacial contact engineering”，文章链接：https://www.nature.com/articles/s41566-025-01791-1），为钙钛矿太阳能电池向产业化迈进提供了关键技术支撑。

金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）凭借高功率转换效率（PCE）与低成本加工工艺，具备极大的商业化应用前景。然而，器件可靠性依旧是当前推进其产业化落地的核心瓶颈问题。在p-i-n结构中，上层界面同时接触钙钛矿表面与电子传输层（ETL），钙钛矿薄膜表面因制造时挥发性化合物形成存在大量缺陷，会引发非辐射复合损失，光照或高温下，钙钛矿内部弱化学键易解离，产生的缺陷向金属电极迁移严重影响器件稳定性，通常靠钝化钙钛矿晶格内配位不足位点抑制离子迁移，但ETL界面是最终障碍，常用的富勒烯类ETL材料（如C₆₀）高温易聚集，既阻碍电荷传输，又削弱阻止金属电极与钙钛矿层反应的能力，损害器件耐用性，所以优化界面接触需做到钝化钙钛矿表面缺陷并稳定结构、保障良好界面电荷传输、构建致密稳定且阻离子迁移的ETL，以此延长PSCs运行稳定性。为解决这些问题，研究团队创新性地采用七氟丁酸钠（SHF）作界面修饰层，SHF兼具全氟尾部与羧酸盐头部，能形成坚固疏水屏障，还可有效钝化表面缺陷，基于此，团队提出先进的钙钛矿表面与ETL集成界面工程策略，SHF可提高钙钛矿表面缺陷形成能，稳定配位不足的Pb（II）、消除非光活性相，凭借合适偶极特性，诱导载流子重新分布，调节钙钛矿表面功函数以提升开路电压，在ETL沉积时，促使C60堆叠成致密层，抑制器件内离子扩散。经此制备的PSCs，PCE达27.02%（认证PCE为26.96%），1平方厘米器件PCE也高达25.95%。更值得关注的是其稳定性：在1个标准太阳光照下（ISOS-L-1）经1200小时最大功率点跟踪（MPPT），初始PCE无损失；85°C下（ISOS-D-2）老化1800小时，PCE保持率超92%；在-40°C至85°C间经历200次循环（ISOS-T-3），初始PCE保持率达94%。

图1：（a）在钙钛矿结构上构建的SHF吸附模型；（b）有和没有SHF吸附时钙钛矿表面的缺陷形成能（PVK：钙钛矿）；（c）单SHF吸附钙钛矿的PbI2端接表面的平面Δp；钙钛矿的KPFM图（d）无SHF和（e）有SHF，色标代表表面电势（V），比例尺：5μm；钙钛矿在（001）峰上的积分GIWAXS图案，（f）无SHF和（g）有SHF，入射角为0.05至1.0°；（h、j）对照器件和（i、k）含SHF器件在暗平衡前后的模拟能级图，SHF层引入了真空能级移动，并增强了跨 C₆₀的电场，这与内建电势的增加一致。

图2：（a）经SHF处理的钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜（SEM）图像；在钙钛矿薄膜上不同沉积厚度的C₆₀的截止区域的紫外光电子能谱（UPS）谱图，（b）未经SHF处理，（c）经SHF处理；原子力显微镜（AFM）图像：（d）钙钛矿/C₆₀，（e）钙钛矿/SHF/C₆₀（沉积了10 nm的C₆₀），比例尺：10 μm；原子力显微镜图像：（f）钙钛矿/SHF，（g）钙钛矿/SHF/C₆₀样品（AFM扫描取自不同区域，f）沉积时样品一半被覆盖，g）仅在另一半沉积了2 nm的C₆₀），比例尺：1 μm；（d-g）中的色标代表表面高度（nm）。

图3：（a）未经处理和经SHF处理的钙钛矿薄膜的稳态光致发光（PL）光谱，y轴显示归一化的PL强度；（b）钙钛矿/ETL界面处的瞬态表面光电压（tr-SPV）电荷动力学；（c）描述电荷分离机制的示意图；（d）对照和经SHF处理的PSCs的PCE分布，每种条件下从二十个独立器件收集（n=20），箱线图显示四分位距，中线为中位数，须线表示第5-95%；工作面积为（e）0.0982 cm²和（f）1 cm²的未经处理和经SHF处理的PSCs的电流-电压（J-V）曲线。

图4：（a）在空气中模拟1个标准太阳光照（ISOS-L-1I）下，封装的对照器件和经SHF处理的器件的最大功率点（MPP）跟踪（初始PCE分别为23.7%和25.2%）；（b）在85°C下老化的对照器件和经SHF处理的器件的热稳定性（ISOS-D-2I）。初始平均PCE分别为24.1%和25.9%（每种条件下n=3个独立器件，误差棒代表标准偏差）；（c）在-40°C至85°C之间老化的封装器件的热循环稳定性（ISOS-T-3）（初始PCE分别为24.5%和26.4%）；热老化后（d）对照器件和（e）经SHF处理的器件的飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）离子种类深度分布，涉及Ag-（Ag）、C₆₀-（C₆₀）、PbI2-（钙钛矿）、I-（钙钛矿）、PO₂-（自组装单分子层，SAM）、InO₂-（氧化铟锡，ITO）、AgI₂-（AgI）和F-（SHF）；（f）对照器件和（g）经SHF处理的器件内的离子扩散示意图。

河南大学李萌教授、德国亥姆霍兹Antonio Abate教授、英国玛丽女王大学李哲教授、东南大学李桂香教授和厦门大学王露瑶副教授为论文通讯作者；东南大学李桂香教授、河南大学2022级博士研究生张祖宏、加纳大学Benjamin Agyei-Tuffour教授和德国亥姆霍兹吴录艳博士为论文共同第一作者；此外，英国帝国理工学院 Jenny Nelson院士等参与了本项研究工作。本研究得到了河南省科技攻关联合重点项目，河南省优秀青年基金等项目的资助。