文章导读
你还在为钙钛矿电池实验室数据亮眼、一到实际应用就迅速衰减的“短命”魔咒而困扰吗？业内普遍用有机分子层修饰界面，看似提升了效率，却埋下了光照高温下迅速失效的定时炸弹。武汉大学的最新研究，没有在材料上做加法，而是深入到原子尺度，用一层特殊的氧化铪中间层“锁死”了关键界面。这看似微小的工艺调整，让电池在85度高温和强光下运行超过5000小时后，性能仍保持在90%以上。但这项技术的真正颠覆性，可能并非那27.1%的转化效率，而是它揭示了一个被长期忽视的、比材料本身更致命的关键——这个发现，是否意味着过去十年的某些研发路线从一开始就错了？
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（通讯员物轩）2月27日，《科学》（Science）在线发表了武汉大学物理科学与技术学院教授王植平课题组在高效、稳定钙钛矿太阳能电池领域取得的最新研究成果。论文提出一种“原子尺度界面键合”技术，采用原子层沉积工艺，在电池内部关键界面引入可调控的氧化铪（HfOx）中间层，从原子尺度上同步稳定空穴与电子传输界面，成功解决了长期制约钙钛矿太阳能电池发展的效率与稳定性难以协同提升的难题。
论文题为“Hafniumoxide interface stabilization for efficient, photothermally stable perovskite solar cells”（《氧化铪界面稳定策略实现高效、光热稳定的钙钛矿太阳能电池》）。物理科学与技术学院博士后杨远航、博士研究生程思阳为共同第一作者，王植平为通讯作者，武汉大学为第一署名单位。
实现光电器件的高效稳定运行，关键在于构建牢固、可靠的电荷传输界面。当前高性能钙钛矿电池普遍采用有机分子层进行界面修饰，然而该类材料在持续光照与高温环境下稳定性不足，易引发性能衰减，制约了器件的实际应用寿命。
多功能氧化铪修饰的钙钛矿太阳能电池及其优异的稳定性
针对这一挑战，课题组发展的原子尺度界面键合技术，利用原子层沉积工艺在空穴传输层界面制备了经过退火处理的n型HfOx中间层。该层富含羟基并呈现路易斯酸性，可与自组装分子形成强度更高的三齿配位结构，在原子尺度实现了界面分子的牢固键合，显著提升了界面的热稳定性和机械附着力。在电子传输层一侧，p型HfOx中间层则通过强的Hf···F键合作用锚定钝化分子，有效抑制了其在高温下的脱附，并阻断了碘离子向金属电极的迁移，从而从源头上延缓了器件性能的衰退。
基于该技术制备的p-i-n型钙钛矿太阳能电池获得了27.1%的功率转换效率（第三方认证效率26.6%），并在85°C、持续1个太阳光照条件下运行超过5000小时后，仍能保持初始效率90%以上的性能，其高温工作寿命（T90）达到对照器件的25倍。该工作不仅实现了效率与稳定性的双重突破，更揭示了通过无机氧化物中间层实现原子级精准界面键合、调控电荷分布与抑制离子迁移的多重协同稳定机制。该技术路线所采用的原子层沉积技术与大面积生产工艺兼容性强，为推进钙钛矿光伏技术的产业化应用提供了关键界面解决方案。
该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划以及武汉大学科研公共服务条件平台的支持。
论文链接：https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.aea3339
（供图：物理科学与技术学院 编辑：相茹）
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