以宽带隙钙钛矿为前结、窄带隙有机光伏材料为后结的钙钛矿-有机叠层太阳电池，基于两种材料对太阳光谱的互补吸收，突破了单结电池的效率瓶颈。同时，宽带隙钙钛矿前结可作为紫外光过滤层，保护有机后结层免受高能光子的损伤；有机后结材料的疏水特性则有助于提升钙钛矿层的环境稳定性。钙钛矿-有机叠层太阳电池在光谱利用和稳定性提升方面产生协同增效作用，展现出独特的发展潜力。

为与窄带隙有机后结电池实现光谱匹配，前结电池通常需要采用高溴含量的宽带隙钙钛矿材料。但高溴含量宽带隙钙钛矿长期受到卤素相分离问题的制约：该问题源于成膜阶段宽带隙钙钛矿薄膜碘、溴离子的不均匀混合，并在光照运行阶段因载流子积累和缺陷诱导的离子迁移而进一步加剧。持续的卤素相分离会导致缺陷密度和可迁移离子浓度增加，削弱内部电场并降低电荷收集效率，最终造成器件性能衰减。

在国家自然科学基金委、中国科学院和国家重点研发计划的支持下，化学研究所有机固体实验室李永舫/孟磊团队在宽带隙钙钛矿前驱体溶液中引入一种光响应型添加剂分子TDB。在结晶成膜阶段，TDB可与钙钛矿前驱体相互作用，延缓富溴相的提前析出，形成碘、溴分布更均匀的宽带隙钙钛矿薄膜。在光照运行阶段，富集在宽带隙钙钛矿晶界处的TDB被光激活，转化为一种新结构分子TAB。该分子较TDB具有更大的偶极矩，与钙钛矿表面结合更牢固，能够有效抑制碘相关缺陷的形成，减少卤素离子迁移通道数量，在光照下表现出更强的相分离抑制作用。研究团队将优化后的宽带隙钙钛矿前结电池与窄带隙有机后结电池结合，制备出钙钛矿-有机叠层太阳电池，实现了28.80%的光电转换效率，经第三方机构认证稳态效率达28.04%，再次刷新该类器件效率的世界纪录。

该工作展示了针对结晶成膜到光照运行全阶段的调控策略在抑制高溴含量宽带隙钙钛矿卤素相分离中的重要作用，为制备高性能钙钛矿-有机叠层太阳电池提供了新思路。相关研究成果近日发表于Nature期刊上（DOI: 10.1038/s41586-026-10869-x）。文章第一作者是化学所博士研究生吴睿涵，通讯作者是化学所孟磊研究员和李永舫研究员。

图1. (a) 原位掠入射广角X射线散射观测宽带隙钙钛矿结晶成膜过程；(b) 添加剂分子TDB以及光照下生成的TAB分子静电势图；(c) 钙钛矿-有机叠层太阳电池的结构以及扫描电镜截面图；(d) 钙钛矿-有机叠层太阳电池效率进展图；(e) 子电池以及钙钛矿-有机叠层太阳电池的电流密度-电压曲线

北京分子科学国家研究中心有机固体实验室

2026年7月13日