扬州大学钙钛矿电池效率达26.07% 分子设计新策略破瓶颈

钙钛矿太阳能电池（PSC）凭借低成本、高效率的优势，近年来已成为新能源领域Zui炙手可热的研究方向之一。然而，界面缺陷始终是制约其效率与稳定性的核心瓶颈——传统钝化分子往往顾此失彼，难以同时实现强效的缺陷配位与均匀的薄膜覆盖。针对这一行业痛点，扬州大学碳中和技术研究所的张罗正、丁建宁团队联合多名研究人员，提出了一种将给电子效应与空间位阻效应协同于分子内部的全新设计策略，并将相关成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）期刊。

甲基修饰：一举两得的分子改造

研究团队以1,3,5-三嗪（TZ）及其甲基化衍生物2,4,6-三甲基-1,3,5-三嗪（TMZ）为模型体系，系统揭示了甲基取代基在分子层面的双重作用机制。一方面，甲基通过超共轭效应显著提升了路易斯碱性氮原子的电子云密度，使分子对钙钛矿薄膜中的悬键、卤素空位等表面缺陷具有更强的配位捕获能力；另一方面，甲基所产生的空间位阻效应有效抑制了钝化分子之间的π–π堆叠聚集，促使分子在钙钛矿表面实现均匀、平整的单层覆盖。

这两种效应并非孤立发挥作用，而是在分子内部形成协同增效——研究人员将这一机制命名为"电子-位阻协同"（electronic-steric synergy）原则。相较于未经甲基修饰的三嗪分子，TMZ处理后的钙钛矿界面在缺陷态密度、载流子复合速率等关键指标上均有显著改善，从而从根本上提升了器件的光电转换性能。

效率与稳定性双双创下新高

基于上述策略制备的TMZ钝化钙钛矿太阳能电池，实现了26.07%的光电转换效率，这一数值处于目前单结钙钛矿电池的国际领先水平。更为关键的是，经过1400小时连续运行后，器件仍保留了初始效率的90%以上，展现出优异的长期运行稳定性。

值得关注的是，该研究的核心价值不仅在于单一数据的突破，更在于其所确立的普适性分子设计原则。传统钝化研究多聚焦于引入新型功能基团或复杂多齿配体，而"电子-位阻协同"策略则表明，通过对已知骨架进行简单、可控的甲基修饰，即可在不增加合成复杂度的前提下，同步优化钝化效果与界面形貌，具备良好的工程化放大潜力。

三嗪骨架的研究脉络与产业化前景

三嗪类化合物此前已在多个太阳能电池研究方向中有所应用，涉及晶界钝化、空穴传输层改性及电子传输界面工程等领域，但其协同分子内给电子与位阻功能的机理尚未被系统阐明。本研究从机理层面填补了这一空白，为三嗪及其衍生物在钙钛矿光伏中的定向应用提供了理论依据。

从产业化视角来看，TMZ来源广泛、合成成本低廉，且钝化工艺与现有卷对卷或刮涂制备流程具有较好的兼容性。这意味着该策略不仅适用于实验室小面积器件，亦具备向大面积组件延伸的可行性。该项目获得江苏省科技创新专项、江苏省国际科技合作计划及扬州大学科研基金的联合资助。当前，中国在钙钛矿太阳能电池领域已形成从基础研究到中试示范的完整链条，如何将界面钝化新机理快速转化为可量产的工艺窗口，仍是摆在产业端的核心课题。此类聚焦"分子-界面-性能"全链条机理解析的研究成果，或将为国内钙钛矿组件企业提供更具针对性的技术迭代路径。