钙钛矿 / 铜铟镓硒（CIGS）叠层太阳能电池，是突破单结光伏理论效率上限极具前景的技术路线。该体系可以更好匹配太阳光光谱，兼具抗辐照能力强、工作稳定性好，还适配柔性基底等诸多优势，受到光伏领域广泛关注。
但想要走向产业化，还存在两处关键界面难题。一方面 CIGS 底电池表面本身带有微米级粗糙结构，容易造成顶电池漏电，加剧非辐射复合；另一方面宽带隙钙钛矿顶电池内部，以及钙钛矿与 C60 电子传输层的界面存在大量缺陷，会带来开路电压与填充因子的大幅损耗。如何在同一个器件里同时解决底层表面粗糙、顶层薄膜缺陷的耦合问题，是叠层电池效率突破的核心。
武汉大学李建民教授、肖旭东教授团队，联合福建师范大学陈桂林与武汉工程大学王小敏，提出双界面载流子传输调控（DICTE） 新方案。方案在底层设计纳米颗粒辅助的 SS‑NiOₓ双层空穴传输层，实现对粗糙 CIGS 基底的完整包覆与能级匹配；顶层采用 EDADI 和 p‑F‑PEAI 双分子共钝化（BMCP）体系，同步修复钙钛矿薄膜阴、阳离子缺陷。依靠这套 “底部整平 + 顶部钝化” 的协同方案，小面积叠层电池获得 30.57% 第三方认证效率（稳态效率 30.32%），大面积器件认证效率达 28.85%，未封装器件也拥有优异长期稳定性。该成果发表于国际顶级期刊《Nature Energy》。
双层 SS‑NiOₓ空穴传输层：基底形貌与晶体结构表征
本工作的核心创新之一，就是这套 “溅射 NiOₓ+ 旋涂 NiOₓ纳米颗粒 + 退火” 的 SS‑NiOₓ双层结构。传统单层溅射 NiOₓ在 CIGS 表面凸起位置覆盖不全，极易引发漏电；SS‑NiOₓ中的纳米颗粒可以填充基底微米级凹坑。
图 1 NiOX 的共形覆盖与钙钛矿的致密生长。
a：SS-NiOₓ双层结构制备流程示意图图 b：三类 NiOₓ器件效率箱线图（SU-NiOₓ / SI-NiOₓ / SS-NiOₓ） c：三类基底上钙钛矿表面 SEM 图 d：SS-NiOₓ适配粗糙 CIGS 表面机理示意图 e：三组样品钙钛矿 XRD 放大谱（2θ=11°–21°） f/g：SU-NiOₓ与 SS-NiOₓ的 O 1s XPS 分峰
研究利用SEM 扫描电镜观察薄膜表面形貌，证实该结构将基底粗糙度从 84.1 nm 降至 76.0 nm，实现共形包覆。借助XPS X 射线光电子能谱测试，退火处理能够降低 NiOₓ表面羟基占比（由 34.4% 降至 21.7%），提升 Ni³⁺/Ni²⁺比值至 2.86，既增强和 SAM 自组装单分子层的化学结合，又改善空穴传输性能。
团队采用XRD X 射线衍射仪分析钙钛矿晶体质量，结果显示 SS‑NiOₓ基底上钙钛矿 (100)/(110) 晶面衍射峰强度比提升 4.1–5.6 倍，PbI₂杂质明显减少，为制备高质量钙钛矿薄膜打下良好基础。
双分子共钝化 BMCP：顶层界面调控与机理研究
针对钙钛矿 / C60 界面缺陷与能级失配问题，研究采用 EDADI 与 p‑F‑PEAI 混合溶液后处理钝化策略。
图 2 钙钛矿 / C60 界面处的钝化与载流子传输。
a：EDADI+p-F-PEAI 双分子钝化作用示意图。 b：对照组与 BMCP 钝化器件光伏参数统计箱线图。 c：I 3d XPS 谱。 d：DFT 优化后分子在 FAPbI₃(100) 表面吸附构型。 e：三种分子吸附能柱状图。 f：SEM+AFM 形貌对比。 g：KPFM 表面电势分布。 h：钙钛矿 / C60 能级对齐图。 i/j：瞬态吸收 TA 光谱。 k：TA 漂白动力学。
DFT 密度泛函理论计算表明，EDADI 释放的碘离子、p‑F‑PEAI 携带的 NH₃⁺基团，可分别修复碘空位与铅、甲脒阳离子空位，完成阴阳离子缺陷协同钝化，分子吸附能可达 - 3.16 eV。
实验中，AFM 原子力显微镜表征薄膜粗糙度，钝化后样品粗糙度由 27.6 nm 下降至 15.2 nm；KPFM 开尔文探针力显微镜用于表征表面电势，结合能级分析，钙钛矿 / C60 界面导带偏移从 0.57 eV 降至 0.34 eV，有效抑制非辐射复合。
瞬态吸收光谱 TA测试结果显示，BMCP 处理样品带隙重整化能量从 78.89 meV 降低到 66.49 meV，载流子提取寿命由 5.1 ns 缩短至 2.3 ns，电子提取效率显著提升；同时搭配 XPS 表征，验证界面元素化学态变化。
完整叠层器件光电性能与稳定性评估
将底层 SS‑NiOₓ与顶层 BMCP 钝化策略结合，构建 DICTE 双界面调控叠层器件，光伏性能实现全面突破。
图 3 单片钙钛矿 / CIGS 叠层器件的性能。
a：完整单片钙钛矿 / CIGS 叠层截面 SEM 图。 b：SU/SS/SSD（双界面优化）三组叠层电池参数统计。 c：0.0539 cm² 小面积冠军电池 J-V 曲线。 d：1.0298 cm² 大面积器件 J-V 曲线。 e：叠层 EQE 光谱。 f：第三方 NIMTT 认证小面积电池 J-V。 g：大面积器件认证 J-V 曲线，认证效率 28.85%。 h：近年 2T 钙钛矿 / CIGS 叠层效率汇总对比。
SEM 扫描电镜拍摄器件截面结构，直观呈现叠层各层薄膜堆叠情况。研究通过J-V 电流电压测试系统、EQE 外量子效率测试仪评估光伏性能：0.0539 cm² 小面积器件实验室最高效率 31.09%，经第三方 NIMTT 认证效率 30.57%（稳态 30.32%）；1.0298 cm² 大面积器件认证效率 28.85%。
稳定性测试结果亮眼：未封装器件在氮气手套箱存放 3576 h，保留初始效率 94.38%；70 ℃高温老化 960 h，效率维持 90.55%；最大功率点持续运行 756 h，效率仍保有 91.49%。该性能在已报道钙钛矿 / CIGS 两端叠层电池中处于领先，证明双界面工程对推进叠层光伏实用化的价值。
钧研实验室可为科研同学提供材料表征测试技术支持，涵盖 SEM、AFM、XRD、XPS、KPFM、瞬态吸收等多种测试服务，助力光伏、薄膜材料相关课题研究。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41560-026-02125-3
