研究背景
近年来，倒置
钙钛矿太阳能电池凭借高效率、低温制备和优异的组件化潜力，成为下一代
光伏技术的重要发展方向。其中，自组装单分子层(SAM)作为高效空穴传输层，在高性能器件中得到广泛应用。然而，在实际运行过程中，SAM基器件在光热老化作用下常出现早期性能的快速衰减，即 burn-in 现象。这种burn-in行为不仅会降低电池的输出功率，还可能放大模组中子电池间的电学失配，影响长期运行稳定性。因此，明确 burn-in 的关键失效位置，并发展可规模化的稳定化策略，是推动高效钙钛矿光伏走向实际应用的重要问题。
文章简介
近日，北京理工大学和中北大学团队在国际期刊Advanced Energy Materials 上发表题为 Mitigating photothermal-induced burn-in in perovskite solar cells via a multidentate phosphonic acid polymer network 的研究论文。该研究揭示了小分子SAM (M-SAM) 基倒置
钙钛矿太阳能电池在85 °C、1 sun MPPT光热耦合条件下的 burn-in 行为，主要来源于SAM/钙钛矿埋底界面的脱配位与离子迁移。基于该认识，研究团队采用了具有多齿膦酸结构的聚合物SAM (P-SAM) 网络，通过增强化学相互作用、提高界面断裂强度并改善大面积成膜均匀性，显著抑制burn-in 行为，并实现高效率器件和模组的稳定运行。
本文要点
要点一：确定光热诱导 burn-in 的关键失效位置
研究团队通过半器件系列实验，锁定小分子SAM (M-SAM) 基倒置
钙钛矿电池在85 °C、1 sun MPPT下发生burn-in的主导失效位置。如图1所示，2PACz器件180小时内PCE衰减约48%，主要由46%的VOC损失主导，而JSC基本稳定。通过半器件QFLS、pseudo J-V、TRPL、XPS和ToF-SIMS等分析，系统表征结果说明，早期burn-in主要源于SAM/钙钛矿界面的脱配位与离子迁移。
图1.SAM基钙钛矿太阳能电池的早期 burn-in 及界面演化机制
要点二：多齿膦酸聚合物网络的界面作用机制解析
为系统阐明聚合度对埋底界面稳定性的影响，研究团队比较了 M-SAM、T-SAM 和 P-SAM 三类具有不同聚合度的 SAM 体系。如图2所示，聚合度提高使ITO表面润湿性和覆盖能力同步增强，水接触角由87°降至66°，覆盖因子由10.45%升至36.50%。XPS证实P-SAM含有更多游离的膦酸基团，可以与钙钛矿形成更强Pb-O配位，并将界面断裂强度由1.15 MPa提升至9.11 MPa。
图2.聚合度调控下P-SAM的表面化学与界面耦合的演化
要点三：P-SAM对界面退化的抑制与大面积均匀性的提升
进一步光热老化表明，P-SAM可显著抑制埋底界面快速退化。如图3所示，85 °C、1 sun老化后，M-SAM半器件QFLS降至89%，P-SAM仍保持96%;pseudo J-V仅出现约3.5%的VOC下降。ToF-SIMS和XPS显示，P-SAM可有效抑制离子迁移并维持Pb-O配位稳定;SEM和QFLS mapping表明，P-SAM同时提升界面完整性与大面积均匀性。
图3.P-SAM抑制埋底界面的退化并改善大面积薄膜的均匀性
要点四：高效率器件与模组的 burn-in 抑制和长期稳定性
在完整器件和模组层面，P-SAM进一步实现效率与稳定性的协同提升。如图4所示，P-SAM小面积器件认证效率达26.61%，稳定输出效率为26.43%;10 × 10 cm2微型模组认证效率达22.83%(62.37 cm2)。在85 °C、1 sun(AM1.5G)MPPT下，200小时PCE损失由35.6%降至4.3%，VOC损失由32.6%降至3.9%，T90延长至1695小时。
图4.P-SAM基钙钛矿太阳能电池与模组的光伏性能及运行稳定性
通讯作者介绍
朱 城 北京理工大学前沿交叉科学研究院长聘副教授
朱城，北理工前沿交叉科学研究院长聘副教授、博士生导师，曾获北理工最高荣誉奖学金—徐特立奖学金。研究人面向卫星太阳翼、临空浮空器和长航时无人机等空天应用平台，聚焦空天光伏在极端服役环境下对能量转换效率与长期稳定性的极致要求，系统开展有机-无机杂化钙钛矿
半导体材料与太阳能电池的可靠性探索。研制产品已在国家级临空、太空平台(天宫空间站)上开展材料与器件的临近/在轨空间暴露与实证。其着眼于钙钛矿
光伏电池“效率-稳定性”协同提升的核心难点，围绕钙钛矿材料微结构与光电响应多层次构效关系，探索多场耦合环境下材料退化机制与光伏器件失效分析，开发了材料取向演化、应力-应变调控及界面修饰等策略系统改良载流子动力学行为与器件稳定性，相关研究成果已发表学术论文40余篇，以第一/通讯作者(含共)在Nature photonics、Nature Communications、Joule、Advanced Materials、ACS Energy Letter、ACS Nano等杂志中发表SCI论文20余篇，论文总引用超6000次，H因子40。在中国卓越行动计划高起点期刊Exploration担任青年编委，担任国际著名期刊Nature等独立审稿人。
陈 棋 北京理工大学前沿交叉科学研究院教授
陈棋，现北京理工大学前沿交叉科学研究院教授/院长，博士生导师。本科与硕士毕业于清华大学，博士毕业于美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)，加州大学洛杉矶分校纳米研究中心博士后。入选人才计划，获北京市自然科学基金杰出青年基金资助。主要从事有机无机杂化及
复合材料的开发与应用研究，材料广泛应用于能源、光电等领域，具体包括太阳能电池、
储能电池、
传感器、探测器等各类新型光电功能化器件。特别是围绕有机/无机杂化的钙钛矿太阳能电池，在吸光层材料溶液生长制备、新型低维发光钙钛矿材料设计合成、新型封装材料和工艺开发、多层薄膜应力-应变调控、界面修饰改性等方面开展了系统性的研究工作，积累了丰富的关于钙钛矿材料的合成，性质表征及优化方面的经验。迄今以一作/通讯作者发在Science, J. Am. Chem. Soc., Nat. Commun., Angew. Chem. Int. ed., Adv. Mater., 等权威期刊发表SCI论文100余篇，H-Index 84，总引用超过40000次，多年入选“科睿唯安全球高被引科学家”。
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2026年08月06日 ~ 08日
