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　　这一里程碑式成果以题为“Tin-based Perovskite Solar Cells with a Homogeneous Buried Interface”的研究论文，于北京时间2025年10月16日在《Nature》以Accelerated Article Preview(加速预览论文)形式在线发表。我校徐勃教授为共同通讯作者，材料科学与工程专业博士生罗鑫为第二作者。该研究首次通过有机空穴传输材料的分子设计，在锡基钙钛矿体系中实现了均匀埋底界面的精准构筑，显著提升了界面空穴传输效率与能级匹配，有效抑制了非辐射复合与材料氧化，成功突破了长期限制环保型钙钛矿太阳能电池效率与稳定性的关键瓶颈。该成果为无铅、高效、可持续光伏技术的发展开辟了新的研究路径，并为绿色能源转型提供了重要的材料创新与科学支撑。
 

　　在全球能源结构加速向清洁低碳转型、“双碳”目标稳步推进的背景下，钙钛矿光伏技术凭借高效的光电转换性能与低成本制备优势，正成为破解传统能源困境、支撑可持续发展目标落地的关键力量。其中，锡基钙钛矿太阳电池(TPSCs)因其无铅无毒、环境友好等特性，被视为下一代绿色光伏技术的重要发展方向。该体系具有约1.3 eV的理想带隙和优异的载流子迁移率，兼具高光吸收系数与能级可调性，展现出实现高光电转换效率的巨大潜力。同时，锡基钙钛矿材料可与低温溶液加工及柔性基底兼容，适用于可穿戴能源器件和叠层电池等新型应用场景。尽管锡基体系的理论光电转换效率(PCE)可超过33%，但目前其最高经认证的PCE仍仅为约16%，且器件的长期稳定性仍面临严峻挑战。造成效率与稳定性受限的关键因素之一是缺乏高性能的空穴传输材料(HTM)，导致空穴提取效率不足、埋底界面接触不良，从而阻碍了有效的载流子输运。作为TPSCs结构中的核心功能层，HTM不仅在空穴提取与传输中发挥关键作用，还通过调控界面缺陷钝化和锡基钙钛矿薄膜的生长行为(包括成核动力学、相分布、应力调控及针孔形成)对器件的整体性能与稳定性产生深远影响。
 

　　针对锡基钙钛矿太阳电池在界面调控与载流子传输方面面临的关键挑战，南京理工大学徐勃教授团队提出了一种全新的自组装单分子层(SAM)空穴传输材料设计策略。该策略通过协同优化分子的三个核心结构单元，实现了界面结合力、电荷传输效率与缺陷钝化能力的全面提升：1)设计含有双二甲氧基三苯胺的大体积末端基团，以增强空穴提取能力、改善薄膜润湿性，并利用其甲氧基的路易斯碱性对钙钛矿中未配位的Sn²⁺进行有效钝化；2)引入联噻吩共轭桥作为电子联接单元，保障高效的分子内电荷传输通道；3)以氰基膦酸作为锚定基团，与氧化镍基底形成稳定的化学键合，确保界面接触牢固。基于这一设计理念合成的MBP分子，实现了薄膜质量、界面能级匹配及电荷提取性能的协同优化，从而显著提升了锡基钙钛矿太阳电池的效率与稳定性。采用MBP作为空穴传输层的电池器件，经国家光伏产业计量测试中心权威认证，获得了17.71%的光电转换效率；在一个太阳光照条件下连续运行1344小时后，仍能保持初始效率的95%以上。该研究首次在锡基钙钛矿体系中实现了高效稳定的自组装单分子有机空穴传输材料设计，为无铅钙钛矿光伏器件中有机空穴传输材料的分子工程与界面调控提供了重要的理论基础与创新方向。
 

　　该研究工作得到了国家自然科学基金国际合作研究项目(W2412114)、国家自然科学基金面上项目(22279059)、江苏省杰出青年科学基金(BK20240083)等项目的资助。
 

　　图1：有机空穴传输材料的分子设计。(a) MBC与MBP分子的化学结构式；(b)基于DFT计算得到的MBC和MBP的HOMO与LUMO轨道分布及能级；(c) MBC和MBP分子吸附在氧化镍表面的模拟示意图。
 

　　图2：均匀分子分布与能带调控对空穴提取与传输的增强作用。(a–c)不同HTL薄膜的原子力显微镜(AFM)形貌图；(d)界面能级排列示意图；(e) SAM分子的偶极矩计算结果；(f)锡基钙钛矿薄膜的时间分辨光致发光(TRPL)衰减曲线；(g) SAM分子与NiOx表面相互作用的电子密度差分分布图。
 

　　图3：锡基钙钛矿太阳电池(TPSCs)的光伏性能。(a) TPSCs器件结构示意图；(b)器件的J–V曲线；(c)经权威机构认证的J–V曲线；(d)本研究器件PCE与先前报道TPSCs的性能比较；(e)器件的IPCE光谱及积分Jsc值；(f)器件的Nyquist阻抗谱；(g)封装器件在大气环境下的长期稳定性；(h)封装TPSCs在持续一个太阳光照下的运行稳定性。
 

图4：国家光伏产业计量测试中心出具的光伏电池性能检测与认证报告。