空间卫星在国防安全、深空探测、资源勘探与开发等领域具有重要的战略价值，对低成本、高效率、高功质比、高可靠性的空间太阳电池的需求日益迫切。轻质钙钛矿/硅叠层太阳电池凭借高功率质量比、低制造成本和优异的抗辐照性能等优势，成为下一代空间光伏器件的有力候选。然而，极端环境下钙钛矿/晶硅表界面退化是制约叠层电池稳定性提升的关键。
针对上述关键科学问题，我院张鸿课题组近期在自组装分子设计与合成领域取得两项重要进展，通过创新分子工程策略，成功解决了传统自组装空穴选择层覆盖不足、排列不均、稳定性差的领域难题，为面向空间极端环境应用的轻质高效稳定钙钛矿/晶硅多结叠层光伏电池的研究提供了全新思路。
研究进展1：π-π相互作用驱动均匀有序自组装空穴选择层实现光热稳定的高效钙钛矿/晶硅两结叠层太阳电池
传统自组装分子易在基底形成不均匀堆积，加剧界面非辐射复合，直接制约钙钛矿/晶硅叠层电池效率与寿命。团队通过在苯基连接体上引入间位二取代二甲基咔唑基团，设计出新型自组装空穴选择分子—Me-Ph2mPACz。该分子具有更强的基底吸附能；同时通过增强π-π堆积相互作用抑制分子间氢键作用、阻止大胶束形成，最终获得均匀有序且耐热的空穴选择性层。该策略既降低了埋底界面非辐射复合损失，也大幅提升了空穴提取效率。
基于Me-Ph2mPACz的钙钛矿/晶硅两结叠层电池实现了33.40%的冠军效率，经美国国家可再生能源实验室认证效率为32.45%。封装后的叠层器件在85°C空气环境、1个标准太阳光照下进行1000小时最大功率点追踪后，仍保留83%的初始效率，展现出优异的长期运行稳定性。该成果相关成果以“Uniform and Ordered Self-Assembled Hole-Selective Layers Driven by π-π Interactions for Efficient Perovskite-Silicon Tandem Solar Cells”为题，于2026年4月24日发表于《Nature Communications》。该工作通讯作者为复旦大学张鸿、王洋以及天合光能高纪凡；共同第一作者为我院博士生罗明、黄淇和天合光能工程师刘洲博士。
图1. π-π相互作用促进均匀有序的自组装空穴选择层实现高效稳定钙钛矿/晶硅两结叠层光伏器件
研究进展2：不对称非晶自组装分子驱动钙钛矿/钙钛矿/硅三结叠层电池效率刷新世界纪录
为进一步解决自组装空穴选择分子自聚集引起的界面覆盖不足及稳定性差问题，团队随后联合天津理工大学宗雪平教授、香港理工大学殷骏教授及天合光能团队，首次采用“非平面-不对称”双策略设计开发出新型空穴选择性分子接触材料ZF6。该分子实现了接近4 D的强分子偶极矩，优化了界面能级排列，促进了载流子传输，并通过空间位阻效应抑制分子聚集，形成均匀致密的非晶态薄膜，同时抑制分子脱附，大幅提升钙钛矿/晶硅界面光热稳定性。
基于ZF6的钙钛矿/钙钛矿/晶硅三结叠层光伏器件，经第三方权威认证，其稳态光电转换效率高达30.42%，刷新了钙钛矿基三结叠层太阳电池的全球最高效率纪录。在稳定性方面，采用ZF6界面的封装叠层器件在85°C高温、空气环境及1个标准太阳光照的条件下，经1000小时最大功率点连续追踪后，仍能保持87%的初始效率，展现出卓越的户外服役潜力。该成果标志着钙钛矿/晶硅多结叠层光伏技术在产业化进程中取得关键突破，为下一代高效太空光伏的商业化奠定了科学基础。相关成果以Stabilizing Efficient Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells With Amorphous and Asymmetric Hole-Selective Contacts为题，于2026年4月17日发表于《Advanced Materials》。该工作通讯作者为复旦大学张鸿、天津理工大学宗雪平、香港理工大学殷骏以及天合光能高纪凡；共同第一作者为我院博士生陈一凡、博士后徐春雨，天合光能工程师刘洲、徐业，以及香港理工大学博士后吕安琪。
图2“非平面-不对称”双策略自组装空穴选择分子设计刷新钙钛矿/钙钛矿/晶硅三结叠层光伏器件效率世界记录
以上两项研究通过分子工程设计调控自组装分子的堆积行为与界面特性，为开发面向空间极端环境应用的轻质钙钛矿/晶硅多结叠层光伏器件提供了全新思路，是我院在空间光伏领域取得的重要进展。研究工作得到了褚君浩院士的悉心指导，以及未来信息创新学院、光电研究院、光伏科学与技术全国重点实验室、国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委计划等科研平台和基金的大力支持。
文章链接：
1. Luo, M., Liu, Z., Huang, Q. et al. Uniform and ordered self-assembled hole-selective layers driven by π-π interactions for efficient perovskite-silicon tandem solar cells. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-72160-x.
2. Chen, Y., Xu, C., Liu, Z. et al. Stabilizing efficient perovskite/silicon tandem solar cells with amorphous and asymmetric hole-selective contacts. Adv. Mater. (2026). https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.73106.
