多年来，制造更好的钙钛矿太阳能电池的竞赛一直围绕吸光层本身展开：调整晶体、拓宽带隙、添加钝化添加剂。一篇新论文表明，决定性的前沿已经转移到一个几乎薄得离谱的部件上：一层铺在钙钛矿与电极之间的分子地毯，厚度约为可见光波长的千分之一。对这样一层分子层的工程改造，将认证效率推高到27%以上，更引人注目的是，它还改变了电池在持续光照下的耐久表现。这项工作发表在《自然·通讯》上，由重庆大学领导的团队完成，合作者来自日本和中国香港。
钙钛矿太阳能电池的结构像三明治：吸光的钙钛矿晶体夹在电子收集层与空穴收集层之间。进步最快的构型称为倒置结构或p-i-n结构，它在底部电极收集空穴，以耐久性和与叠层电池的兼容性著称；叠层电池中，钙钛矿位于硅电池之上。其空穴传输层越来越多地采用自组装单分子层（SAM）制成：这类小分子由三部分组成，包括与金属氧化物表面成键的膦酸锚定基团、连接基团，以及决定能量景观并接触钙钛矿的末端基团。SAM廉价、轻薄且透明，但有一个众所周知的弱点：分子容易聚集，在表面润湿不均，与钙钛矿的相互作用往往较弱，这会在埋底界面，即钙钛矿与传输层相接的边界处造成能量损失。这些损失消耗的是电压，而电压正是现代电池胜负的关键。
该团队以Yi Pan、Lei Liu、Haoxuan Guo和Changqin Lin为共同第一作者，Kuan Sun、Qiang Liao及同事为通讯作者。他们从主力分子2PACz（一种咔唑基SAM）出发，在其末端添加一个3,5-二甲氧基苯基，得到一种他们称之为DMPA的新分子。这一改动幅度虽小，效果却很大。两个甲氧基带有富含电子的氧原子，它们与上方的钙钛矿发生化学键合，并加强对下方氧化镍表面的锚定。计算表明，在所测试的分子中，DMPA的吸附能最强，在氧化物表面为-2.67 eV；分子动力学模拟则显示，它能抑制自身的聚集，堆积更加致密（每平方厘米6.8 x 10^13个分子，而标准层为4.5 x 10^13个），空穴迁移率几乎提高一倍。
电学上的回报是冠军功率转换效率达到27.59%，经中国测试技术研究院独立认证为27.2%，界面处的非辐射复合有所减少（光强斜率从1.66降至1.21 kT/q）。但耐久性数据或许才是更大的看点。按照ISOS-L-2协议，封装电池在65 °C、一个太阳强度的白光LED光照下进行最大功率点跟踪，1600小时后仍保持初始效率的94.5%。标准2PACz对照组保留了66.9%；不含甲氧基的类似物BCPA保留了86.4%。即使是不加封装、储存在氮气中的情况也呈现出同样的规律：DMPA在2000小时后的保留率为95.9%，对照组为72.7%。
与对照组的对比最清楚地表明，赢得稳定性的关键在于界面，而非吸光层。人们长期以来怀疑，基于SAM的器件正是在埋底界面失效，那里分子接触薄弱，使缺陷和应力不断累积。一种能与界面两侧都形成化学键桥接的分子，直接针对这一失效机制。
解读这些数字需要结合背景。认证的27.2%使基于DMPA的电池跻身顶级单结倒置器件之列，这一类别在过去两年中攀升迅速；叠层电池将两种吸光材料叠放，认证效率已超过31%，其中包括本月早些时候报道的一块大面积蒸镀钙钛矿-硅叠层电池。这篇论文的意义在于工具箱，而非标题数字：一条末端基团设计法则（添加能与界面成键的富电子基团），其他研究团队可以将其应用到自己的分子上。
该领域的常见保留意见在这里同样适用，也值得说明。冠军电池是实验室规模，而非组件。稳定性测试在封装条件下于氮气环境中进行，这是一种受控条件，无法复现户外天气；65 °C虽然温暖，但低于某些应用所要求的85 °C汽车级耐久标准。认证来自单一机构。此外，该手稿属于早期访问版本，在最终编辑校对前以未经编辑的形式发表。
尽管如此，这个领域的方向在这项工作中清晰可见：随着吸光层逼近其理论极限，电压正从缝隙中泄漏，即层与层之间的分子缝隙。该团队的答案是让分子与界面两侧“牵手”，这提醒人们，在纳米尺度上，化学才是终极的工程材料。
婷 翻译
来源：Pan, Y., Liu, L., Guo, H. et al. Self-assembled multilayers reduce interfacial energy loss in perovskite solar cells. Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-76497-1.