【科学背景】
钙钛矿太阳能电池因其高效率和低成本在光伏领域引起了广泛关注。目前，性能最优的器件通常依赖于有机分子层来构建空穴选择接触和电子选择接触，例如自组装单层（SAM）和烷基铵盐（如3F-PEAI）。然而，这些有机分子层在光热条件下易发生脱附、分解或迁移，导致界面退化，进而影响器件的长期稳定性。因此，如何在保持高效率的同时提升界面的光热稳定性，是该领域亟待解决的关键科学问题。
【创新成果】
为解决以上难题，武汉大学王植平教授团队提出在钙钛矿太阳能电池中引入通过原子层沉积制备的氧化铪（HfOₓ）界面层，以同时稳定空穴和电子选择接触。通过调控HfOₓ的固定电荷特性，研究团队实现了对载流子分布的优化和界面复合损失的抑制。在空穴选择界面，负电荷型HfOₓ（n-HfOₓ）通过与SAM形成三齿配位键，增强了其锚定强度和热稳定性；在电子选择界面，正电荷型HfOₓ（p-HfOₓ）通过与3F-PEAI中的氟原子形成Hf⋯F相互作用，固定了该分子，并有效阻挡了碘离子和银离子的扩散。最终，器件实现了27.1%的光电转换效率（认证效率26.6%），并在85°C、1倍太阳光强下运行约5000小时后，仍保持90%以上的初始效率。该成果以“Hafnium oxide interface stabilization for efficient, photothermally stable perovskite solar cells”为题，发表在国际学术期刊《Science》。
图1 通过ALD沉积的n-HfOₓ和p-HfOₓ薄膜的结构表征及其在钙钛矿太阳能电池中的应用效果© 2026 AAAS
图2 n-HfOₓ对SAM锚定行为的增强机制© 2026 AAAS
图3 p-HfOₓ在电子选择界面对3F-PEAI的稳定作用© 2026 AAAS
图4 器件在光热条件下的长期稳定性测试结果© 2026 AAAS
【成果启迪】
综上所述，研究表明，通过ALD沉积的HfOₓ界面层不仅能优化钙钛矿太阳能电池的能级匹配和载流子传输，还能显著增强有机分子界面的光热稳定性。该策略有效抑制了离子迁移、电极腐蚀和界面退化，克服了传统器件中效率与稳定性之间的权衡问题。此外，ALD工艺具有良好的可扩展性，为钙钛矿光伏技术的产业化提供了可行路径。
文献链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea3339
