一项无需额外化学添加剂或表面涂层、却能显著提升下一代太阳能电池性能与稳定性的技术，近日由韩国大学与英国萨里大学研究团队联合展示。

简单“贴合”带来的性能飞跃

这项成果发表在《自然能源》（Nature Energy）上。研究人员发现，只需将两层钙钛矿薄膜彼此接触，就能在界面处触发分子层面的相互作用，从而重排整个光吸收层深度范围内的晶体结构。

这种由接触引发的重组，使材料变得更加有序且更具耐久性，进而更高效地将太阳光转化为电能。

基于该方法制备的钙钛矿太阳能电池，经新加坡太阳能研究院独立认证，光电转换效率达到 25.61%。

钙钛矿太阳能电池因制备工艺简单、成本低廉而备受关注，但在高温、高湿等实际应用环境下的稳定性不足，一直是其商业化的主要障碍。

在加速老化测试中，采用该处理的材料在热稳定性方面表现突出：其发生退化所需的热能约为文献中同类材料的两倍。这一提升对于长期稳定性至关重要的钙钛矿领域具有重要意义。

接触触发的阳离子相互作用

研究合著者、萨里大学先进技术研究所的纳米成像专家 Jae Sung Yun 博士表示：

“钙钛矿太阳能电池有潜力彻底改变我们的发电方式——它们的制造成本低于硅基电池，效率也已非常具有竞争力。

难点一直在于耐久性。我认为这项工作的亮点在于解决方案的极度简洁：只需让两层薄膜接触，这一接触本身就能在分子层面重组材料结构。通过我们先进的纳米尺度化学成像技术可以看到，这种重组贯穿整个材料深度，而不仅仅停留在表面，无需额外化学品，也不会增加工艺复杂度。”

团队将这一机制称为“接触触发阳离子相互作用”（Contact-triggered Cationic Interactions，CCI）。当两层钙钛矿薄膜发生物理接触时，界面处的分子作用力会驱动光吸收层中的带正电粒子——阳离子——重新排列，形成更均匀且方向一致的结构。

这种更规整的结构减少了晶体中的缺陷位点，从而降低了能量以热量形式损失的比例，使更多光能被有效转化为电能。

在这一过程中，载流子在复合前的寿命——衡量太阳能电池品质的关键参数——从未处理样品的 4.48 微秒提升至 5.89 微秒，显示出明显改善。

纳米成像直接“看见”结构重组

为验证这一机制，萨里大学团队采用了光诱导力显微镜（PiFM）技术。PiFM 将原子力显微镜的高空间分辨率与红外光谱结合，突破了传统光学的衍射极限，可在纳米尺度上绘制材料的化学分布图。

借助 PiFM，研究人员直观地观察到 CCI 过程中化学键的均匀形成，证实了分子排列确实如理论预测般在薄膜界面处发生，并向材料内部延伸。

萨里大学先进技术研究所所长 Ravi Silva 教授指出：

“这项研究表明，仅通过精确控制两层薄膜在接触点的相互作用，而不引入任何额外化学品或工艺步骤，就能显著提升钙钛矿太阳能电池的效率和耐久性。

这是一个非常优雅的解决方案，实验性能数据也清晰地支持这一点。对于钙钛矿的大规模应用而言，在真实环境下实现稳定运行是必须跨越的关键门槛。

这项成果与我们在萨里大学开展的、由 270 万英镑 EPSRC 项目支持的研究直接相关——我们正致力于在大面积柔性基板上实现钙钛矿的规模化制备。在这一方向上，耐久性不是附加条件，而是前提。类似的研究进展正在让这一目标变得更加可行。”