1 工作简介

         ——面向高效稳定钙钛矿太阳能电池的晶圆级单层二硫化钼薄膜集成技术

在全球能源体系加速转型的背景下，钙钛矿太阳能电池凭借高光电转换效率与低制备成本，成为引领下一代光伏技术变革的前沿方向。然而，钙钛矿材料固有的离子迁移特性及其与电荷传输层之间的界面不稳定性，严重制约了该技术的长期可靠性与规模化应用，是当前国际上面临的核心科学挑战。尽管界面工程已被广泛视为抑制离子迁移、提升稳定性的重要手段，但传统钝化材料往往存在作用局部化、易阻碍载流子传输等局限性。因此，开发一种兼具高效离子阻隔能力与优异电荷传输特性的原子级致密界面层，是实现高效率、高稳定性钙钛矿光伏器件的关键突破口。

针对上述重大挑战，北京大学周欢萍研究团队与张艳锋研究团队创新性地提出了一种晶圆级连续单层二硫化钼（MoS₂）的界面集成策略。通过自主研发的无损转移技术，研究团队在钙钛矿吸光层的上下界面同步构筑了原子级厚度的MoS₂缓冲层。研究表明，MoS₂层不仅作为物理屏障有效阻隔了钙钛矿离子的跨界面迁移，还通过形成稳定的Pb-S配位键，从化学层面锚定并保护了光活性相甲脒铅碘结构，从而在物理阻隔与化学钝化的双重机制下，显著抑制了界面缺陷的产生与性能衰减。基于上述界面设计，所制备的钙钛矿太阳能电池实现了26.2%的高光电转换效率，并在严苛的湿热环境以及85 °C连续光照1200小时后，仍保持95%以上的初始性能；其综合指标（效率，运行温度和寿命）为领域同期最优。本工作不仅为构建低成本、长寿命的新一代光伏技术提供了可重复、可扩展的界面工程方案，更在科学层面突破了钙钛矿器件中界面稳定性与电荷传输性能难以协同提升的关键瓶颈，为钙钛矿太阳能电池的产业化应用提供了重要的支撑。

图1.（a）MoS₂薄膜异质层机械转移沉积示意图。（b）MoS₂薄膜在PTAA基底及钙钛矿基底上的照片。（c）在中国计量科学研究院测试的最优电池的J-V曲线和稳定功率输出。（d）最优微型组件的J-V曲线和照片。（e）85 ℃环境中AM 1.5G 照射下封装电池的最大功率点跟踪。

研究成果以“Wafer-scale monolayer MoS₂ film integration for stable, efficient perovskite solar cells”为题，发表在《Science》上。论文的第一作者为北京大学博士后宰华超、博士研究生杨鹏飞与尹瑞阳，通讯作者为北京大学周欢萍教授与张艳锋教授。

2 主要作者简介

共同第一作者

宰华超，北京大学材料科学与工程学院博士后（已出站），现为中国地质大学（北京）材料科学与工程学院副教授。

主要从事先进光伏材料与器件、纳米材料可控合成及应用等方面的研究，以第一/通讯作者在Science、Joule、J. Am. Chem. Soc.等期刊发表SCI论文10余篇，主持或参与国家自然科学基金、科技部重点研发计划、博士后科学基金等项目10余项。

共同第一作者

杨鹏飞，北京大学材料科学与工程学院博士生（已毕业），现为新加坡国立大学博士后。

主要从事大面积二维材料制备与应用研究，以第一/共一作者在Science、Nat. Commun.等期刊发表论文13篇，论文他引4700余次，获国家发明专利5项。曾获北京大学优秀毕业生、北京大学优秀博士学位论文等荣誉，相关研究成果荣获北京市科学技术一等奖。

共同第一作者

苏杰，西安电子科技大学集成电路学部教授。

主要从事新型半导体材料及光电器件界面研究，在Science、Nat. Energy、Adv. Mater.等期刊发表论文60余篇，参与完成科技部重点研发计划、国家自然科学基金、博新计划等项目10余项。

共同第一作者

尹瑞阳，北京大学材料科学与工程学院博士生。

主要从事钙钛矿太阳能电池的研究，以第一/共一作者在Science、Adv. Funct. Mater.等期刊发表论文5篇。

通讯作者

张艳锋，北京大学博雅特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。

主要从事二维层状材料（石墨烯、氮化硼、单原子层硫属化合物及其异质结构等）的可控制备、精密表征、量子效应以及其诱导的新奇物理化学特性的研究，在Science、Nat. Commun.、Sci. Adv.等期刊发表论文240余篇，他引12000余次。主持国家重大研发计划子课题、国家自然科学基金委重大项目子课题、国家杰出青年科学基金、基金委创新群体等项目。

通讯作者

周欢萍，北京大学博雅特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。

主要从事新型光电功能材料及能源器件，以及高效、稳定光伏器件构筑等方面的研究，以第一/通讯作者在Science、Nature发表论文6篇，总共发表论文200余篇，他引4万余次。成果入选中国科学十大进展、国家“十三五”科技成就展，荣获首届科学探索奖、中国青年科技奖、中国青年女科学家奖、《麻省理工科技评论》全球第18届“TR35”、北京市自然科学一等奖、霍英东教育基金会青年科学奖等荣誉。

3 原文传递

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado2351