尽管钙钛矿电池的认证效率已逼近27%的实验室纪录，但其商业化进程仍受制于钙钛矿/电荷传输层界面处的显著能量损失。这一损失根源于两个本质上相互矛盾的量子过程：一方面，界面处的大量缺陷（如未配位的铅离子、碘空位）会引发非辐射复合（Shockley-Read-Hall复合），严重损耗电压和效率；另一方面，用于钝化缺陷的分子配体，其垂直锚定的几何构型会不可避免地延长电荷传输距离（> 2 nm），增加界面传输电阻。传统的分子设计，如使用苯乙基铵配体，陷入了一种“钝化-传输”的困境，其中强键合（垂直取向）虽能有效修复缺陷，却阻碍电荷传输，而理想的电荷传输需要配体采取平面取向以缩短距离。这种原子级缺陷钝化和最优电荷传输需求的“钝化-传输”的困境成为领域长期未解决的核心矛盾。
二、【创新成果】
基于此，陕西师范大学赵奎教授、刘生忠教授联合瑞典林雪平大学高峰教授在Nature上发表了题为“Stereoelectronic manipulation of ligands for perovskite solar cells”的论文，提出“立体电子操控”策略，同时解决了钙钛矿太阳能电池界面缺陷钝化与电荷传输效率之间的矛盾。传统配体因垂直锚定导致传输距离过长（>2 nm）。研究人员通过在配体中心共轭环中逐步引入氮原子（设计三氟吡啶甲脒、三氟嘧啶甲脒），将吸附构型从垂直转变为平面。这种平面构型通过Pb-N配位键与Pb-I-π多中心相互作用，不仅原子级修复了界面缺陷，还将电荷传输距离缩短37%。优化后的界面架构实现了26.85%的稳定功率输出，认证的反向扫描和正向扫描效率分别为27.41%和26.35%。此外，该太阳能组件表现出卓越的运行稳定性，在经过258天的户外实时现场测试后，仍能保持其初始组件效率的85.8%。
三、【图文解析】
图1 钙钛矿表面上的配体结构与吸附拓扑 © 2026 Springer Nature
图2 配体与钙钛矿骨架的相互作用 © 2026 Springer Nature
图3 配体修饰的钙钛矿薄膜的表面表征 © 2026 Springer Nature
图4 原位钝化与载流子行为 © 2026 Springer Nature
图5 器件性能与稳定性 © 2026 Springer Nature
四、【科学启迪】
综上，本研究表明，钙钛矿表面上的配体吸附拓扑（由配体-钙钛矿相互作用所决定）能够实现界面能量损失的最小化。通过配体吸附拓扑的立体电子操控，研究人员实现了钙钛矿界面能量损失的最小化。将N-杂芳族基团引入配体，利用Pb-N配位与Pb-I-π协同作用，驱动配体从垂直向平面吸附构型转变。该拓扑变化在修复原子级缺陷的同时，将电荷传输距离缩短37%，最终实现26.85%的稳定功率输出（认证反向扫描效率27.41%）。此外，该策略具有带隙普适性与可扩展性，在宽带隙（1.68 eV）器件及大面积模块中均取得高效率，经258天户外实测仍保持85.8%初始效率。本研究以立体电子学视角重新定义了钙钛矿界面分子工程，通过“一石二鸟”的N-杂芳环配体设计，同步实现缺陷钝化与高效电荷提取，为钙钛矿光伏迈向理论效率极限与产业化应用提供了重要的设计范式。
原文详情：Stereoelectronic manipulation of ligands for perovskite solar cells (Nature 2026, DOI: 10.1038/s41586-026-10626-0)
本文由大兵哥供稿。
