钙钛矿太阳能电池作为一种新型光伏技术，因其高效率、低成本、柔性化等特性，被视为未来光伏产业的重要发展方向。近两年李萌教授团队与其他高校课题组通力合作，在钙钛矿太阳能电池领域取得系列重要研究进展，相关研究成果发表在Nature Reviews Materials、Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition等国际顶级期刊。
1. 钙钛矿太阳能电池的界面钝化研究
钙钛矿太阳能电池具有优异的光伏性能，然而其埋底界面存在的不稳定性和高缺陷密度，极大地限制了其性能的提高。李萌教授课题组及合作团队针对以上问题，对于锡铅钙钛矿太阳能电池提出了两种创新钝化策略：一是利用功能化热交联富勒烯（C-PCBSD）抑制钙钛矿层/传输层界面缺陷，延缓Sn²⁺氧化并增强结晶性，有效地提升了器件的效率与稳定性（Adv. Mater., 2024, 36(36), 2406246）；二是开发多功能羟胺盐修饰埋底界面，精准调控Sn-Pb钙钛矿结晶过程，抑制碘化铅生成，器件效率突破23.8%，氮气储存2000小时后效率保持95%（Angew. Chem. Int. Ed., 2024, 63(48), e202409330）。而对于铅基钙钛矿太阳能电池，团队引入偶极分子TFHSP作为中间层，通过偶极钝化显著抑制界面非辐射复合，优化器件的稳定性并使其效率达24.6%（Adv. Mater., 2024, 36(35), 2407433）。该系列工作不仅深化了对钙钛矿界面电荷行为的理解，还为全钙钛矿叠层电池的产业化提供了重要技术支撑。
图1 锡铅钙钛矿器件结构图以及C-PCBSD作用示意图 （Adv. Mater., 2024, 36(36), 2406246）
2. 钙钛矿太阳能电池的自组装单层（SAM）材料研究
自组装单层分子广泛应用于反式钙钛矿太阳能电池，表现出优异的光伏性能。然而，SAM自聚集特性以及与钙钛矿界面较弱的相互作用，对实现长期稳定的钙钛矿器件是一个潜在的挑战。针对传统空穴传输层易腐蚀、界面能带失配等问题，李萌教授团队及合作者创新性设计自组装单层（SAM）材料：羧酸盐基SAM通过调控分子取向，减少非辐射复合，器件效率23.1%，2500小时后效率保持93%（Adv. Mater., 2024, 36(18), 2312264）；4PBA分子通过弱酸锚定优化能级对齐，使器件效率达23.45%，并在2000小时储存后保持93.5%性能（Sci. Bull., 2024, DOI.org/10.1016/j.scib.2024.12.004）；分子异构策略SAM实现晶格精准配位，效率突破26.2%，同时显著提升紫外及热稳定性（J. Am. Chem. Soc., 2025, 147(9), 8004-8011）。本系列成果为钙钛矿电池长效稳定运行提供关键技术支撑。
图2 基于不同Sam的锡铅钙钛矿器件J-V曲线，器件结构和SAM分子结构图（Adv. Mater., 2024, 36(18), 2312264）
3. 钙钛矿太阳能电池的稳定性研究
随着钙钛矿光伏技术的快速发展，其能量转换效率已接近硅基太阳能电池，但在稳定性方面仍面临挑战。针对温度循环，李萌教授团队及合作团队提出结晶优化与自愈合材料策略（Nat. Rev. Mater., 2025, doi.org/10.1038/s41578-025-00781-7）；在机械稳定性方面，开发仿生超支化聚合物，使柔性器件在65%湿度下万次弯曲后效率保持94.1%（Nat. Commun., 2025, 16, 1771）；对于热稳定性，通过原位交联聚合物增强热循环稳定性，效率保持超95%，并利用界面重构技术攻克锡基钙钛矿氧化难题，环境稳定性显著提升（Adv. Mater., 2024, 36(7), 2308655）。该系列研究为钙钛矿光伏技术的产业化提供了多维度解决方案，推动清洁能源应用迈向新阶段。
图3 循环温度对钙钛矿结构的影响示意图（Nat. Rev. Mater., 2025, doi.org/10.1038/s41578-025-00781-7）
以上工作得到了国家自然科学基金委、河南省科学技术厅和河南大学的大力支持。
李萌，教授、博士生导师，国家级青年人才项目获得者。主要从事钙钛矿光伏与发光器件、界面工程及晶体动力学等研究领域。以通讯作者在Science，Nat. Rev. Mater.，Nat. Commun.，Adv. Mater，J. Am. Chem. Soc，Energy Environ. Sci，Angew. Chem.等学术期刊发表论文40余篇，总引用7000余次，h-index为48。主持多项国家级及省级科研项目，并担任Applied Physics Letters青年编委。
