KAIST 研究团队成功破解了钙钛矿太阳能电池中“效率与寿命难以兼得”的长期难题：过去往往是效率提升会缩短寿命，而延长寿命又会牺牲效率。研究人员通过精确调控钙钛矿太阳能电池表面钝化层的内部结构，实现了超过 25% 的光电转换效率，同时显著提升了器件的长期稳定性。相关成果发表在期刊《Joule》上。

钙钛矿表面钝化层的新设计

由 KAIST 化学与生物分子工程系张元硕杰出教授领衔、与韩国化学技术研究院（KRICT）合作的团队，提出了一种全新的二维钝化层设计方法。该技术能够在同一器件中同时提升钙钛矿太阳能电池的效率和长期可靠性。

在应对气候危机和推动能源系统转型的背景下，太阳能发电不仅需要更高的转换效率，也必须在长期运行中保持稳定性能。钙钛矿太阳能电池因其高效率和低成本潜力，被视为下一代光伏技术的重要候选，但其在高温、高湿以及长时间光照条件下容易性能衰减，一直是商业化的关键障碍。

此前，研究界广泛采用 3D/2D 结构策略：在三维钙钛矿吸收层表面引入一层二维结构，以减少表面缺陷并提升稳定性。然而，如果二维层本身结构不够稳固，随着时间推移可能发生结构变形或性能退化，这一策略的效果会大打折扣。

DJ 结构如何提升稳定性

为解决上述问题，研究团队引入了结构更为稳定的 Dion–Jacobson（DJ）型二维钙钛矿作为表面钝化层，并提出了精确调控“n 值”（即钝化层中钙钛矿层堆叠数量）的设计思路。

在 DJ 结构中，有机分子从两侧牢固连接钙钛矿无机层，使整体结构更加稳固。可以将其类比为使用更强力的胶水把砖块牢牢粘合在一起，从而构建出更不易塌陷的结构。

研究人员通过调节热处理温度和时间，精细控制二维钝化层内部钙钛矿层的堆叠方式（n 值），就像在控制砖块堆叠后胶水固化的工艺条件，使最终形成的结构更加有序、致密和稳定。

效率与耐久性双重提升的验证

实验结果表明，经过优化的 DJ 型二维钝化层能够显著改善电荷传输行为，从而提升太阳能电池的光电转换效率。同时，DJ 结构本身的高稳定性也有效增强了器件的长期运行可靠性。

团队还在实验中观察到，在热处理过程中，二维钝化层内部结构会在不同材料界面处发生重排。基于这些现象，研究人员提出了可用于指导工艺优化的钝化层结构调控原理，并给出了可重复实现的工艺条件。

采用该设计策略制备的钙钛矿太阳能电池，实现了 25.56% 的光电转换效率（认证效率为 25.59%）。在 85℃、85% 相对湿度（85% RH）以及持续光照的严苛条件下，器件仍能保持高性能运行，充分验证了其长期稳定性。

研究团队进一步将这一技术拓展应用到大面积组件的制备中，并在组件尺度上同样验证了优异的性能表现。

张元硕杰出教授表示，本研究证明了通过精细设计表面钝化层结构，可以同时解决效率提升与寿命延长之间的矛盾。“该技术在工艺条件变化下表现出良好的稳定性，有望为钙钛矿太阳能电池的大面积商业化制造提供可行路径。”