新国立侯毅Science：双功能分子“拉平”吸附差异，全真空工艺打通量产之路

钙钛矿-硅叠层太阳能电池的实验室效率已接近35%，但其商业化进程受限于两大挑战：工艺兼容性与器件不稳定性。传统钙钛矿溶液加工方法仅适用于定制化亚微米级纹理硅片，难以实现规模化生产；同时叠层结构中的宽带隙钙钛矿降解加速，工作寿命通常不足2000小时。

本研究新加坡国立大学侯毅等人通过引入功能性分子3,3,3-三氟丙基-三甲氧基硅烷（TFPTMS），增强有机组分（如甲脒离子，FA⁺）与基底的相互作用，实现了在工业级微米级金字塔纹理硅上均衡吸附钙钛矿前驱体。由此获得的高质量钙钛矿薄膜相纯度高、垂直均匀性好。

基于该策略制备的钙钛矿-硅叠层太阳能电池在1 cm²孔径面积上实现了31.3%的光电转换效率，并在85°C、1太阳光照条件下连续运行1400小时后仍保持90%的初始性能，展现出优异的操作稳定性。

研究亮点：

1. 提出“吸附均衡”策略解决工业化纹理硅兼容难题：针对气相沉积中FA⁺吸附弱、导致薄膜非化学计量比与相杂质的问题，设计了具有三甲氧基硅烷锚定基团与富电子氟原子的双功能分子TFPTMS，显著增强有机组分在微米级金字塔表面的吸附能力，实现高质量钙钛矿薄膜的均匀生长。
2. 实现全真空工艺叠层电池效率与稳定性双重突破：在工业级纹理硅上采用纯气相沉积工艺，制备出效率达31.3%的钙钛矿-硅叠层电池，并展现出优异的工艺重复性与大面积扩展性。器件在85°C高温连续光照下T₉₀寿命超过1400小时，是目前同类报告中稳定性最突出的成果之一。
3. 揭示界面吸附动力学对薄膜质量与器件稳定性的关键影响：通过理论计算与实验表征系统阐明：FA⁺在纹理硅表面吸附能力不足是导致薄膜底部PbI₂残留与微观应变积累的主要原因；TFPTMS修饰不仅提升薄膜相纯度，还显著降低微观应变，抑制离子迁移与晶格畸变，从而大幅提升器件在高温高光强下的长期稳定性。

Nengxu Li et al. ,Optimal perovskite vapor partitioning on textured silicon for high-stability tandem solar cells.Science390,eadz3698(2025).

DOI:10.1126/science.adz3698

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz3698