钙钛矿电池效率刷新世界纪录！中科院用硫醇分子钉牢界面

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太阳能电池的效率竞赛从未停歇。当传统晶硅电池在26%的效率天花板前艰难爬坡时，一种新型电池正以前所未有的速度刷新纪录。中国科学院化学研究所团队最新发表于《自然-通讯》的研究成果显示，他们设计出一种含硫醇基团的特殊自组装分子，将反式钙钛矿太阳电池的光电转换效率推升至26.5%。这一数字已逼近该技术的理论极限，标志着中国在钙钛矿界面工程领域取得关键突破。

钙钛矿电池的核心在于光生电荷的提取与传输。反式结构（p-i-n）采用氧化镍作为空穴传输层，这种材料成本低廉且稳定性好，但表面化学性质复杂。氧化镍在制备过程中容易富集三价镍离子（Ni³⁺），这些高价态金属离子就像界面上的"锈迹"，形成电荷传输的陷阱态。

研究团队合成的新型分子4-(3-氟-6-甲氧基-9H-咔唑-9-基)丁烷-1-硫醇（MeOF-4SHCz）携带了硫醇基团（-SH）。硫醇具有温和的还原性，能够精准"清除"氧化镍表面的Ni³⁺，将其还原为二价镍（Ni²⁺）。这一过程不仅修复了表面缺陷，更重要的是为后续锚定创造了理想的化学环境。

自组装分子层需要在氧化镍表面形成致密均匀的薄膜。传统策略依赖膦酸基团与镍形成P-O-Ni键，但单一键合方式难以实现全覆盖。新型分子展现出双重锚定机制：硫醇基团还原Ni³⁺后，自身形成S-O-Ni键；同时分子中的膦酸基团构建经典的P-O-Ni键。

这两种化学键如同"双保险铆钉"，将有机分子牢牢固定在无机基底上。实验数据显示，这种协同锚定显著提高了自组装层的整体覆盖率，减少了界面处的空隙和缺陷。界面接触电阻由此降低，电荷提取效率大幅提升，为26.5%的光电转换效率奠定了物理基础。

26.5%的效率数字值得放在历史维度中审视。2009年钙钛矿电池首次问世时，效率仅为3.8%。2012年突破10%，2016年跨越20%，如今仅用了八年时间便逼近27%。根据肖克利-奎瑟极限理论，单结钙钛矿电池的理论效率约为33%，而实际器件由于各种损耗，26.5%已属顶尖水平。

反式结构相比传统正式结构（n-i-p）具有独特优势。其制备工艺温度更低，更适合与晶硅电池构建叠层器件。更重要的是，反式结构在长期稳定性方面展现潜力，而这正是钙钛矿技术走向商业化的最大瓶颈。此次界面修饰策略同时提升了效率与稳定性，具有双重工程价值。

产业转化方面，中国同样走在世界前列。协鑫光电、极电光能、纤纳光电等企业已建成百兆瓦级量产线，启动GW级工厂建设。相比之下，欧美日韩虽有出色基础研究，但在产业化速度和规模上已落后于中国。此次中科院化学所在界面化学领域的突破，进一步巩固了中国在该技术路线上的源头创新优势。

Nature Communications（中国科学院化学研究所团队研究成果）

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