4月8日，河南大學(xué)納米科學(xué)與材料工程學(xué)院李萌教授與西安交通大學(xué)物理學(xué)院梁超研究員圍繞高效穩(wěn)定鈣鈦礦光伏器件的界面工程難題，取得重大研究進(jìn)展。相關(guān)成果以“A Nd@C??-polymer interface for efficient and stable perovskite solar cells”為題，在線發(fā)表于國際頂級期刊《Nature》。該研究首次提出了基于分子極化調(diào)控機制的原位界面封裝策略，為鈣鈦礦太陽能電池在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運行提供了新思路。

鈣鈦礦太陽能電池因其卓越的光電轉(zhuǎn)化效率和低成本加工工藝，被視為下一代光伏技術(shù)的戰(zhàn)略制高點。然而，如何在高效率的基礎(chǔ)上兼顧器件的長期穩(wěn)定性，始終是制約其商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。針對這一問題，研究團隊創(chuàng)新性地構(gòu)建了由內(nèi)嵌金屬富勒烯分子Nd@C??與聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）協(xié)同形成的復(fù)合界面結(jié)構(gòu)，用于對鈣鈦礦活性層進(jìn)行原位封裝。Nd@C??分子作為具有電磁耦合特性的電子提取介質(zhì)，通過界面極化效應(yīng)增強電子選擇性傳輸能力，同時耦合PMMA賦予界面出色的物理封裝與結(jié)構(gòu)保護(hù)功能，顯著抑制了離子遷移和環(huán)境侵蝕，提升器件在高溫、高濕等復(fù)雜環(huán)境下的運行壽命。基于該策略構(gòu)建的倒置型鈣鈦礦光伏器件，在小面積（0.08 cm2）測試中實現(xiàn)了高達(dá)26.78%的光電轉(zhuǎn)換效率（認(rèn)證值為26.29%），在大面積模塊（16 cm2）的效率也達(dá)到了23.08%，該器件在濕熱測試標(biāo)準(zhǔn)（ISOS-D-3）下運行1000小時后效率仍保持在99%以上，在同類研究中處于國際領(lǐng)先水平。

圖1 內(nèi)嵌金屬富勒烯Nd@C82-聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）耦合層助力超快電子提取和離子擴散抑制。

圖2 基于Nd@C82制備器件的光伏性能。

河南大學(xué)李萌教授、西安交通大學(xué)物理學(xué)院梁超研究員、楊生春教授、楊濤研究員，化學(xué)學(xué)院蔡文婷研究員，澳門大學(xué)邢貴川教授為論文通訊作者；西安交通大學(xué)物理學(xué)院博士研究生林越辛、水源、朱文靜，化學(xué)學(xué)院碩士研究生呂世麗，福建農(nóng)林大學(xué)林智超博士為論文共同第一作者。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、西安交通大學(xué)青年拔尖人才支持計劃和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金等項目的資助。

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08961-9。

李萌，納米科學(xué)與材料工程學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，國家級青年人才項目獲得者。擔(dān)任美國物理聯(lián)合會旗下應(yīng)用物理快報（Applied Physics Letters）青年編委，河南省化學(xué)會理事。于2018年獲蘇州大學(xué)博士學(xué)位，先后在德國亥姆霍茲柏林材料與能源中心、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)和英國劍橋大學(xué)作為博士后和訪問學(xué)者開展工作。主要從事半導(dǎo)體光電材料與器件包括鈣鈦礦太陽能電池和量子點發(fā)光二極管的研究。以通訊作者在Science、Nature、Nat. Rev. Mater.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Sci. Bull.等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文40余篇，總引用7600余次，h因子48。主持多項國家自然科學(xué)基金和河南省科學(xué)基金。

來源：河南大學(xué)