在“双碳”目标持续推进的背景下，发展高效率、长寿命、可规模化制造的新一代光伏技术具有重要意义。作为最具潜力的光伏技术路线之一，反式结构钙钛矿太阳能电池近年来因分子选择性接触材料的发展而实现了显著的效率提升。这类分子选择性接触材料的薄膜通常以单层（或在实际中更多以多层）的形式组装于透明导电氧化物基底表面以形成具有载流子选择性的界面层。虽然该结构能实现高转换效率，但透明导电氧化物基底与分子层之间的接触界面本质上是一种二维平面型接触，有限的界面接触面积无法提供足够的黏附位点和黏附力来有效固定分子，这导致这种分子选择性接触层易发生分子脱附和结构坍塌，从而成为限制当下高效率钙钛矿器件长期运行稳定性的关键瓶颈。
针对此挑战，浙江大学硅及先进半导体材料全国重点实验室、材料科学与工程学院杨德仁院士团队薛晶晶教授课题组设计并报道了一种通用的体相纳米异质界面结构，跳出了传统结构中分子在基底表面的二维平面型接触，构建了以氧化硅纳米颗粒为骨架的三维体相异质接触结构。通过体相纳米异质界面大幅增加界面面积以提供足够的锚定位点，让每个分子都能有被有效固定，同时增强分子与骨架之间的结合力，从根本上抑制了分子的吸脱附和结构坍塌。采用该体相纳米异质界面的钙钛矿太阳能电池实现了最高 26.5%的光电转换效率，并表现出显著增强的器件运行稳定性。更为重要的是，该结构展现出高度普适性，可成功应用于多种材料体系，并在可规模化工艺制备的大面积器件中展现出突出的规模化制造优势。
该项研究成果于北京时间2026年4月6日晚8点，被国际顶级期刊《自然·材料》在线刊登。该论文的第一作者为浙江大学材料科学与工程学院博士研究生骆逸欣和沈嘉晖。通讯作者为浙江大学薛晶晶教授，浙大团队学术带头人杨德仁院士对此工作给予了重要指导和支持。浙江大学为该论文的唯一通讯单位。
图1.由纯分子（上）和 SiOx-分子胶束（下）制备薄膜的表面形貌；及体相纳米异质界面与传统平面界面的对比示意图。
原子力显微镜（AFM）薄膜表面图像显示，纯分子薄膜具有较为平滑的表面形貌，而 SiOx-分子薄膜的表面粗糙度明显更大（图1a）。这一显著的表面特征表明，后者薄膜中存在 SiOx纳米颗粒（NPs），并与分子共同构建了体相纳米异质界面。由于 SiOx纳米颗粒提供了更大的接触面积，这些分子不再仅通过单一平面接触或较弱的范德华作用而松散结合或堆积，而是能够依靠显著增加的表面积被更加牢固地固定（图1b）。
图2.纳米胶束与体相纳米异质界面的形成机制
研究人员发现，SiOx纳米颗粒能够与分子发生强相互作用并作为纳米骨架引导其组装，促使分子形成更稳定、更紧密的复合结构，同时重构分子堆叠方式与界面结合状态。由于这种分子与SiOx纳米颗粒的锚定强于分子与 ITO的传统平面的结合，复合结构在成膜后仍可保持完整，从而构建出稳定的体相纳米异质界面，为器件效率与长期运行稳定性的同步提升提供了关键结构基础。
图3.薄膜稳定性及该策略的通用性
在热、机械等外部应力作用下，SiOx-分子复薄膜相较于纯分子薄膜表现出显著更强的导电稳定性与结构稳定性，说明体相纳米异质界面能够有效抑制在外部应力作用下由于分子堆叠结构坍塌所引发的性能衰减。这一策略除了对Py3分子有效外，对 2PACz、MeO-2PACz等典型分子体系及不同表面粗糙度基底同样适用。SiOx纳米颗粒可普适性地诱导形成稳定复合胶体并牢固固定分子，从而实现分子膜稳定性的普遍提升，证明该体相纳米异质界面具有良好的通用性。
图4.器件性能和稳定性
在此基础上，采用 SiOx-分子薄膜作为空穴选择接触层的钙钛矿太阳能电池实现了显著性能提升：SiOx-Py3小面积器件最高PCE达到 26.5%（认证稳定效率 26.3%），同时在基于2PACz、MeO-2PACz等分子体系的钙钛矿光伏器件中也展现出优异的普适性。该策略还展现出突出的规模化制造优势，在刮刀涂布中实现小面积电池最高 25.1% PCE，以及 32.5 cm²组件孔径效率由 18.1%显著提升至 23.0%
在器件稳定性方面，基于各项国际标准的老化测试中，基于采用 SiOx-分子薄膜作为空穴选择接触层的钙钛矿光伏器件在无UV滤光、连续单太阳光照约 65 ℃条件下运行约 2000 h后，SiOx-Py3器件仍保持初始PCE的 99%以上（对照 Py3器件下降超过 20%）；在约 60 ℃ MPPT条件下运行约 2450 h后仍保持 98%以上（对照器件 620 h后仅剩约 90%）。
