2025年10月15日，上海交通大学溥渊未来技术学院、张江高等研究院戚亚冰教授联合复旦大学智能材料与未来能源创新学院、光伏科学与技术国家重点实验室梁佳青年研究员和南京理工大学化学与化工学院徐勃教授，在无铅钙钛矿太阳能电池领域取得重大原创突破。相关研究成果以“Tin-based perovskite solar cells with a homogeneous buried interface”为题在线发表于国际顶级学术期刊《Nature》，为高效、稳定的无铅光伏器件产业化发展提供了核心解决方案。

该研究提出了一种巧妙的“双层空穴传输层”结构，该结构以稳定性优异的氧化镍（NiO_x）为底层基底，并在其上构筑一层自组装单分子层（SAM），从而形成均一且功能协同的复合功能层。这一复合功能层如同为锡基钙钛矿“量身定制”的生长模板，一方面大幅改善了锡基钙钛矿溶液在表面的铺展能力，引导形成高质量、低缺陷的锡基钙钛矿薄膜；另一方面，它具备了卓越的空穴提取和界面钝化能力，让光生电流能够更高效地输出。该研究为无铅钙钛矿太阳能电池的高效化、稳定化设计提供了新的界面工程范式和普适性方法。

图1.“双层空穴传输层”诱导高质量锡基钙钛矿薄膜

钙钛矿太阳能电池因高转换效率成为光伏领域研究热点，但传统铅基钙钛矿存在重金属泄漏风险，严重制约其应用。锡基钙钛矿（TPSCs）作为理想的无铅替代方案，理论光电转换效率（PCE）可达33%，且具备环境友好特性，已成为下一代光伏技术的重要方向。然而，锡基钙钛矿器件性能长期落后于铅基器件：一方面，现有空穴传输层难以高效提取空穴；另一方面，埋层界面不均匀导致钙钛矿薄膜结晶质量差、缺陷密度高，非辐射复合损耗严重。此前倒置结构锡基钙钛矿的认证效率约为16%，尤其是其稳定性相对较差，难以满足实际应用需求，成为制约其产业化的关键瓶颈。

针对上述挑战，研究团队创新性设计了一种新型分子MBP，并将其应用于NiO_x空穴传输层的埋层界面修饰，构建了“均匀界面层+超浸润底层”的双重优化体系。

MBP能在NiO_x表面形成超平整分子层，且其表面粗糙度仅为1.87nm，远低于传统修饰分子2PACz的6.04nm，不仅有效解决了传统分子基底覆盖不均的问题，还通过优化能级匹配显著提升了空穴提取效率。基于该优化体系，小面积（0.04cm²）TPSCs的光电转换效率达到了17.89%，经认证的效率为17.71%，创下当前锡基钙钛矿电池效率的最高纪录。该器件的稳定性也同样实现了巨大突破，其在1344小时环境储存与1550小时连续光照下分别可以保持95%与94%以上的效率。此外，这一技术突破并非停留在实验室层面，团队同步开展了大面积电池制备与可扩展性研究，1cm²大面积TPSCs效率达14.40%，为已报道最高值，充分展现出该技术优异的可扩展性与均匀性。

图2.本研究工作中的锡基钙钛矿太阳能电池的光电转换性能

复旦大学博士研究生李天朋为第一作者。上海交通大学溥渊未来技术学院、张江高等研究戚亚冰教授，复旦大学梁佳青年研究员，南京理工大学徐勃教授为该论文共同通讯作者。其他合作单位还包括同济大学、东华大学等。该研究工作得到了来自上海交通大学溥渊未来技术学院、上海交通大学张江高等研究院、复旦大学、南京理工大学、国家自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09724-2