Nature子刊 | 泽攸科技JS系列台阶仪助力空气制备高效钙钛矿及叠层太阳能电池新突破-泽攸科技

首页

Nature子刊 | 泽攸科技JS系列台阶仪助力空气制备高效钙钛矿及叠层太阳能电池新突破

发布时间：

2026-09-02

反式（p-i-n）钙钛矿太阳能电池因具备低温可加工性、良好的器件稳定性以及与商用硅底电池构筑叠层结构的兼容性，已成为极具发展潜力的下一代光伏技术。目前实验室高效率器件主要依赖惰性气体环境下的微小面积旋涂工艺，如何推动该技术向空气环境中的大面积工业化量产过渡，是实现可持续太阳能利用的核心方向。

不过钙钛矿光伏的产业化进程依然受制于规模化制备与长期运行稳定性的双重瓶颈。在空气环境中进行刮涂制备时，环境水氧极易干扰钙钛矿薄膜的结晶与微观形貌。更为关键的是，现有空穴传输材料难以兼顾高效电荷传输、牢固基底锚定与优良的溶液润湿性，传统小分子自组装层在绒面硅衬底上无法实现均匀共形覆盖，而常规聚合物材料又因过强的疏水性阻碍了墨水涂布，导致界面缺陷累积并显著加速器件衰减。

针对上述问题，由南京大学、佐治亚理工学院、香港科技大学等组成的联合团队利用泽攸科技的JS系列台阶仪进行了深入研究，团队创新性地设计并合成了兼具三芳胺与咔唑膦酸单元的共聚物空穴传输材料PNCC，有效兼顾了高导电性、强界面锚定与优良的溶液润湿性，成功实现了空气环境下高效率、高稳定性单结电池、组件以及钙钛矿/硅叠层太阳能电池的规模化制备。

标题：Scalable ambient fabrication of single-junction and perovskite–silicon tandem solar cells
期刊：Nature sustainability
网址：https://doi.org/10.1038/s41893-026-01916-6

研究聚焦于开发适用于空气环境制备的新型空穴传输层材料，以破解反式钙钛矿太阳能电池中导电性、润湿性与界面锚定力难以兼得的核心瓶颈。针对传统小分子自组装分子易结块且工艺窗口窄、常规聚合物疏水性过强等局限，研究团队设计并合成了新型共聚物空穴传输材料PNCC。该材料通过将三芳胺单体与咔唑膦酸单元共聚，利用位阻效应抑制了咔唑单元在聚合过程中的自环化副反应，从而大幅提升了聚合物分子量与电荷迁移率。同时分子链上密集分布的膦酸基团与透明导电氧化物基底形成多点强力化学键合，显著增强了界面附着力并降低了表面粗糙度，有效改善了钙钛矿前驱体墨水在基底上的铺展润湿特性，为制备高质量钙钛矿薄膜奠定了微观界面基础。

在空气环境规模化刮涂工艺的实施与薄膜微观特性研究中，精确调控功能层的纳米级厚度与空间均匀性是保障载流子高效提取的关键前提。研究团队在相对湿度约40%的开放空气环境中系统推进了刮涂制备，并借助泽攸科技的JS系列台阶仪对所制备的功能薄膜厚度进行了精确测量与标定。测量数据准确证实了所沉积的PNCC薄膜厚度稳定在9～10nm，钙钛矿吸光层厚度约为800nm。利用泽攸科技JS系列台阶仪对薄膜物理尺寸的严格表征，团队确证了该材料在纳米级膜厚下依然具有优异的平整度与覆盖度，不仅赋予器件比传统单分子层更宽的工艺加工窗口，也为阐明界面深能级陷阱钝化机制提供了可靠的薄膜结构依据。

针对单结反式钙钛矿太阳能电池与组件的光电转换效率及长期运行稳定性问题，研究深入解析了新型空穴传输层抑制非辐射复合的微观机理。在完全环境空气刮涂条件下，基于PNCC的单结电池实现了26.6%的光电转换效率，电压亏损低至0.30V，并在有效孔径面积为19.11cm²的大面积光伏组件上取得了23.2%的高转换效率。多项表征证明该材料显著降低了界面处的深能级陷阱密度，促进了均匀的发光与电荷抽取。在运行耐久性考核中，封装器件在40°C连续全光谱光照及最大功率点追踪测试下，经过1200h仍保持了初始效率的99.8%，并在65°C与85°C高温以及紫外加速老化测试中均展现出卓越的耐候性，有效攻克了空气制备器件易快速衰减的技术瓶颈。

针对钙钛矿/硅叠层电池中微米金字塔绒面结构难以实现保形覆盖的产业痛点，研究成功将该共聚物材料拓展应用于单片集成双端叠层电池体系。传统自组装层材料在粗糙硅表面极易产生聚集缺陷，通常需要依赖复杂的双层溅射氧化镍过渡结构，而PNCC凭借优良的成膜特性直接在绒面硅衬底上实现了紧密且无聚集的共形包覆。作为独立的空穴传输层，该材料不仅有效抑制了宽带隙钙钛矿顶电池的相分离现象，更在无需额外附加过渡层的简捷结构下，实现了33.0%的认证叠层电池转换效率，且在65°C连续光照1140h后仍保持85%的初始效率。该成果显著简化了高效叠层器件的加工步骤，为大面积、低成本且高稳定性的下一代光伏工业化生产提供了兼具学术价值与工业可行性的方案。

泽攸科技JS系列台阶仪作为国产高精度表面测量设备的代表，凭借其创新的技术架构、灵活的应用场景及可靠的测量性能，可以对微纳结构进行膜厚和台阶高度、表面形貌、表面波纹和表面粗糙度等的测量，在高校、研究实验室和研究所、半导体和化合物半导体、高亮度LED、太阳能、MEMS微机电、触摸屏、汽车、医疗设备等行业领域有着广泛应用。作为国产科学仪器的突破性成果，JS系列台阶仪打破了国外品牌在高端表面测量设备领域的长期垄断，凭借高性价比与本地化服务优势，成为国内高校、科研机构及制造企业的优选设备。