界面静电斥力策略增强钙钛矿太阳电池反向偏压稳定性。 2025年12月12日，华北电力大学李美成教授团队在Nature Communications期刊上发表了一篇题为Interfacial electrostatic repulsion inhibits iodide ion migration for enhancing reverse-bias stability of perovskite solar cells的研究成果。
该成果另辟蹊径提出一种界面静电斥力策略，通过在钙钛矿界面引入具有富含负电荷基团的材料，与碘离子之间形成静电排斥作用，有效抑制了反向偏压下的碘离子跨层迁移，实现电池反向偏压稳定性的突破。论文通讯作者是李美成教授、黄浩讲师；第一作者是蓝智能。
在全球新能源转型加速推进的当下，钙钛矿太阳电池（PSCs）凭借高吸光系数、长载流子扩散长度等卓越半导体特性，被视作最具潜力的下一代光伏技术之一。然而，其商业化进程却被一个关键问题掣肘——电池在实际应用过程中的反向偏压稳定性问题限制电池寿命提升，这一痛点也成为科研团队攻坚的核心方向。
当钙钛矿太阳电池承受叠加于其内部电场之上的反向偏压时，钙钛矿中相对脆弱的Pb-I键容易断裂，产生大量可移动碘离子（I-）。这些迁移离子在电子传输层（ETL）/钙钛矿界面的积累将引发界面能级偏移，并导致钙钛矿自加速降解的化学反应。此外，碘离子会进一步迁移穿过界面进入ETL，这不仅造成钙钛矿不可逆的分解，还会损伤ETL，最终导致PSCs效率不可逆衰减甚至完全失效。
针对这一困境，华北电力大学李美成、黄浩团队提出了一种界面静电斥力策略，实现钙钛矿太阳电池的反向偏压稳定性提升。该策略通过在钙钛矿界面引入具有富含负电荷-SO3H基团的四(4-磺酸苯基)甲烷，与碘离子之间形成静电排斥作用，以非键合、可逆方式抑制了反向偏压下的离子跨层迁移。
结果显示基于该策略，分别在TiO2基平面PSCs和SnO2基平面PSCs上实现了25.80%和26.21%（认证效率26.09%）的冠军光电转换效率。改性器件在环境条件下老化1400小时后仍保持初始效率的91%，在紫外光照1000小时后仍保持初始效率的88%。更重要的是，界面静电斥力使器件展现出优异的反向偏压稳定性：经过25次偏压老化循环（0V/-1V/0V，每阶段持续12小时）后仍保持初始效率80%以上；击穿电压达到-28.11V，有效预防了实际应用中因反向击穿导致的器件失效。
图1：界面静电排斥策略的提出。
图2：电池性能的改善。
图3：界面静电排斥抑制离子跨层迁移。
图4：电池反向偏压稳定性提升。
该成果为解决钙钛矿电池反向偏压稳定性的瓶颈问题提供了一种新的思路，为钙钛矿太阳电池的实际应用提供了更多机会。（来源：科学网）
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66224-7
作者：李美成等 来源：《自然-通讯》
