——自组装双分子层技术破解界面稳定性难题

2025年2月26日，西安交通大学金属材料强度全国重点实验室马伟教授、刘宇航教授团队在国际顶级期刊《自然能源》（Nature Energy）发表研究成果，宣布成功开发出兼具高效率和优异热稳定性的反式钙钛矿太阳能电池。该电池在第三方认证中实现了超过26%的光电转换效率，并通过了国际电工委员会（IEC）和国际有机光伏稳定性协会（ISOS）的严苛测试，为钙钛矿太阳能电池的产业化应用迈出关键一步。

技术突破：共价键锚定的自组装双分子层结构

传统反式钙钛矿电池的空穴传输层依赖自组装单分子层（SAM），但高温或热循环下易发生分子脱附或聚集，导致性能衰减。针对这一难题，研究团队创新性地设计了共价键连接的自组装双分子层结构。通过傅-克烷基化反应，将小分子SAM材料转化为共价键锚定的聚合物网络，显著增强了分子层与透明导电基底（TCO）的结合强度。这种结构不仅提升了界面的机械稳定性，还优化了钙钛矿层与空穴传输层的黏附特性，从而减少载流子复合损失。

值得一提的是，团队此前在2024年11月已开发出基于叔丁基功能化膦酸咔唑（tBu-4PACz）的混合SAM体系，通过立体位阻效应抑制分子聚集，实现了26.25%的实验室效率5。此次研究进一步通过双分子层设计，将效率提升至26%的认证水平，同时大幅增强了长期稳定性。

性能表现：极端环境下的卓越稳定性

该电池在多项国际标准测试中表现突出：

湿热稳定性：85℃、85%湿度环境下连续运行2000小时后，效率仅衰减4%；

热循环稳定性：在-40℃至85℃的1200次循环后，效率保持率达97%；

室内应用潜力：团队此前研究显示，基于SAM的混合器件在500小时最大功率点跟踪后仍保持94.7%的初始效率5。

这些数据表明，该技术有效解决了钙钛矿电池在极端温度与湿度下的性能退化问题，为其在户外电站、建筑光伏一体化（BIPV）等场景的应用奠定了基础。

产业化前景与学术价值

研究团队指出，该技术不仅适用于实验室级别的电池制备，还可扩展至大面积组件生产。其低温加工工艺（<150℃）与现有薄膜电池产线兼容，降低了产业化成本。此外，这一界面工程策略为其他光电器件（如叠层电池、柔性器件）的稳定性优化提供了新思路。

西安交通大学金属材料强度全国重点实验室为论文第一单位，瑞士洛桑联邦理工大学、华中科技大学等机构共同参与。研究得到国家自然科学基金和陕西省秦创原人才计划支持，相关成果已申请多项专利。

行业意义与未来方向

钙钛矿电池被视为下一代光伏技术的核心方向，但其稳定性问题长期制约商业化进程。西安交大此项研究通过材料化学与界面工程的协同创新，为突破这一瓶颈提供了切实可行的解决方案。未来，团队计划与国内外企业合作，推动该技术在中试产线中的验证，并探索其在叠层电池中的应用潜力，以进一步提升光电转换效率的理论极限（>30%）。