有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池作为新一代光伏技术，其效率已接近晶硅太阳能电池，引起了学术界和工业界的广泛关注。影响钙钛矿太阳能电池光伏性能与稳定性的主要限制因素在于界面处存在大量缺陷。尽管在界面处引入二维（2D）钙钛矿材料能有效缓解界面缺陷、抑制非辐射复合，同时增强疏水性与热稳定性。然而，在三维（3D）钙钛矿层的上表面实现该结构较为简单，但构建埋底界面的2D/3D结构却困难得多。这是因为形成2D钙钛矿的配体在后续上层薄膜沉积过程中极易溶解于N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）等极性溶剂中。

针对这一难题，青岛能源所钙钛矿组件技术研究组基于其在无机氧化物宽带隙半导体材料及器件研究的长期积累，通过配体分子表面调控，开发了一种调控氧化锡纳米颗粒表面配体作用力以界面处自发释放胺类配体形成2D/3D异质结的策略。研究团队依次将巯基乙酸（TGA）和油胺（OAm）接枝到二氧化锡纳米颗粒表面（SnO₂–TGA–OAm），TGA与OAm之间的强化学键确保了仅在钙钛矿薄膜的热退火过程中发生与FAI的阳离子交换，从而在钙钛矿薄膜底部界面处自发形成2D/3D钙钛矿结构。这种位置可控的2D/3D结构加速了钙钛矿相的形成，显著提升钙钛矿薄膜的结晶质量，使薄膜底层界面的缺陷浓度降低十倍以上。对应的钙钛矿太阳能电池展现出卓越的光电转换效率：26.19%（0.09 cm²)、23.44%（孔径面积21.54 cm²，认证效率为22.68%）及22.22%（孔径面积64.80 cm²）。

图1 氧化锡纳米材料链段调控以实现原位构建2D/3D异质结原理图

相关成果以“Buried 2D/3D heterojunction in n-i-p perovskite solar cells through in-situ solid-state ligand-exchange reaction”为题，发表于能源、材料领域顶级期刊Nature Energy。该工作由青岛能源所主导，联合西北工业大学、阿卜杜拉国王科技大学、青岛科技大学等6家国内外机构共同完成。青岛能源所和西北工业大学联合培养博士生赵强强为论文第一作者，钙钛矿组件技术研究组逄淑平研究员，西北工业大学王凯教授，阿卜杜拉国王科技大学KAUST Stefaan De Wolf教授，青岛科技大学王莉副教授共同指导。本研究得到了中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项(B类先导专项)、国家自然科学基金、国家自然科学基金-区域创新发展联合基金、山东省重点研发计划、山东省泰山学者、青岛能源所/山东能源研究院/青岛新能源山东省实验室“强基”计划等项目资助。（文/图 赵强强）

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41560-026-01980-4