11月5日，我校张晓宏教授、刘江教授团队联合隆基绿能、西北工业大学、香港理工大学、中国石油集团工程材料研究院、阿卜杜拉国王科技大学、香港中文大学、西安交通大学和苏州国家实验室等单位，在《自然》（Nature）上发表题为“Conjugation-regulated self-assembled molecules for tandem solar cells”的研究论文。
该工作以苏州大学为第一单位发表，我校能源学院博士后方正、博士研究生丁蕾、硕士研究生饶志杰、西北工业大学博士研究生刘冲涛、香港理工大学博士后吕安琪，为共同第一作者。我校张晓宏教授、刘江教授、隆基绿能何博教授、西北工业大学王凯教授、香港理工大学殷骏教授、中国石油集团工程材料研究院新能源材料研究中心主任蒋龙博士为论文通讯作者。
钙钛矿/晶硅叠层电池是突破单结硅光伏效率极限的重要技术路线，在低轨卫星、空间电站和空间算力中心等空天能源场景中也展现出应用潜力。空天光伏对器件的轻量化、抗辐照和极端温差耐受提出了远高于地面应用的要求，而钙钛矿材料兼具高功率质量比、可低温溶液加工和潜在辐射损伤修复能力，使钙钛矿/硅叠层在成本和功率质量比方面具有一定优势。无论是地面叠层器件，还是面向航天器的柔性/轻质叠层器件，埋底界面的保形覆盖与电荷提取都是决定其性能与可靠性的共性瓶颈。
为提高太阳光利用率，硅底电池通常采用随机金字塔绒面结构，但粗糙表面给埋底界面带来严峻挑战。作为空穴传输层的自组装单分子层（SAM）必须在金字塔表面实现均匀保形覆盖，才能有效抑制界面复合、保障空穴高效提取。传统SAM设计存在结构性矛盾，提高分子共轭程度有利于增强导电性和能级调控，却容易加剧π-π堆叠和分子聚集，导致绒面金字塔峰部暴露、界面缺陷增多和载流子复合加剧。
具有空间位阻效应的非平面扭曲共轭结构的SAM分子设计策略
为攻克上述难题，研究团队提出一种具有空间位阻效应的非平面扭曲共轭结构设计策略，通过引入可控的分子内扭曲，在保持电荷传输能力的同时抑制分子过度聚集，实现了在粗糙金字塔绒面硅衬底上高有序、保形覆盖的自组装单分子层（SAM），使SAM在金字塔表面的平均覆盖超过80%，显著优于其余对照分子。
经过优化的空穴传输界面层具备调控氧化铟锡功函数、实现能级对齐的作用，增强内建电场并降低空穴注入势垒，从而提升空穴选择性和提取效率。同时，该界面还能作为钙钛矿结晶的结构模板，改善薄膜结晶质量、相均匀性和缺陷钝化效果。基于该策略，团队制备的钙钛矿/晶硅叠层电池获得第三方认证稳定光电转换效率35.1%。
钙钛矿/晶硅叠层电池的光伏性能/晶硅叠层电池的光伏性能
该工作在粗糙衬底上实现高有序SAM保形覆盖的分子设计思路，为在柔性或轻质衬底上构建稳定、高效的埋底界面提供了可迁移的界面工程方案。
张晓宏教授、刘江教授团队此前研究成果“界面调控新方法创制面向空天应用的高性能柔性叠层太阳能电池”入选2025年度“中国科学十大进展”，体现了该团队在空天光伏方向上的持续积累。此次发表的“分子空间共轭”策略进一步从分子层面解决了粗糙界面覆盖这一共性难题，对推动下一代超高效叠层光伏技术从地面走向空天应用具有基础性支撑意义。
