钙钛矿太阳能电池（PSCs）的功率转换效率（PCE）达到约26%，但卤化物钙钛矿因其软晶格结构和相对较弱的化学键，在太阳能电池运行过程中容易降解。即使通过封装来隔离水分和氧气，钙钛矿在热、光照射和电场胁迫下的不稳定性仍然是实现商业化前需要克服的关键障碍。
（1）研究发现，减少离子迁移对于提高钙钛矿光伏（PVs）的长期稳定性至关重要。通过钝化可移动带电缺陷和消除离子迁移路径，界面工程已成为一种物理或化学抑制离子迁移的可行策略。卤化物盐、无机氧盐、有机分子和聚合物是最常用的钝化剂，可与钙钛矿形成共价键、离子键或其他次生相互作用。
（2）在钙钛矿上部界面或埋藏界面中引入各种连续势垒层，可以阻止离子向载流子传输层（CTLs）的迁移路径。由于电荷电导率差或带隙宽，势垒层也可能在一定程度上阻碍载流子的传输。
（3）半导体过渡金属二硫族化合物（TMDCs）具有高载流子迁移率、合适的能带结构和光学透明性，TMDC少层片或纳米片已被用作CTLs或界面层，但非破坏性地制造连续紧凑的单层缓冲层以最终固定离子并减少离子迁移通道仍然是一个挑战。
基于此，
北京大学周欢萍教授和张艳锋教授等人
报道了通过转移工艺在钙钛矿层的顶部和底部集成了晶圆级连续单层二硫化钼（MoS
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）缓冲层。
（1）这些膜在物理上阻止钙钛矿离子迁移到载流子传输层，并通过强配位相互作用在化学上稳定了甲脒-碘化铅相。有效的化学钝化是由于Pb-S键的形成，少数载流子通过I型带排列被阻挡。平面p-i-n PSCs（0.074 cm
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）和MoS
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/钙钛矿/MoS
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配置的模块（9.6 cm
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）的PCE分别高达26.2%（认证稳态PCE为25.9%）和22.8%。
（2）此外，该器件表现出优异的湿热（85 °C和85%相对湿度）稳定性，1200 h后PCE损失低于5%，高温（85 °C）运行稳定性，1200 h后PCE损失低于4%。
通过金属前驱体的直接进料途径，在钠石灰玻璃基板上制备了晶圆级均匀单层MoS
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薄膜。在MoS
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生长后，玻璃基板的颜色由透明变为浅棕色。样品表面的典型光学显微镜显示高度均匀的颜色对比度，表明MoS
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薄膜的厚度均匀且面内连续性。作者开发了一种无损且可扩展的转移工艺，将晶圆级单层MoS
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集成到钙钛矿器件中。首先，用刀划伤生长玻璃/MoS
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的边缘，为水渗透提供通道。然后，将热释放带（TRT）粘贴在MoS
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薄膜上，并将玻璃/MoS
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/TRT浸入去离子水中。在毛细力作用下，MoS
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/TRT从玻璃基板上完全分层后，将其捡起，用N
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流吹干。接着，将干燥的MoS
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/TRT压在目标基底上。最后，将含有MoS
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/TRT的目标衬底在热板上加热到100 ℃。TRT在高温下失去附着力并自动剥离，在目标衬底上留下MoS
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膜。
图1.单层MoS
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薄膜的制备、表征和转移
图2.器件的稳定性
图3.器件的表征
HTL/钙钛矿界面处的MoS
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中间层将电池的平均PCE从24.1提高到25.1%，当钙钛矿/ETL界面处进一步施加MoS
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中间层时，电池的平均PCE进一步提高到26.1%。统计结果表明，V
OC
平均值从1.13 V上升到1.19 V。性能最好的ITO/PTAA/MoS
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/FAPbI
3
/MoS
2
/C
60
/BCP/Ag结构电池的PCE为25.6%，这是正向和反向扫描的平均值。基于MoS
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/钙钛矿/MoS
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结构的微型模块具有5个子电池，其反向扫描孔径效率为22.8%（V
OC
为5.91 V，J
SC
为4.79 mA/cm
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，FF为80.5%），正向扫描孔径效率为22.1%（V
OC
为5.89 V，J
SC
为4.78 mA/cm
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，FF为78.4%）。相应的有效面积效率为24.1%（反向扫描）和23.3%（正向扫描），几何填充系数为94.8%。结果证实，MoS
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缓冲层是可扩展的，可以实现高性能的大尺寸模块。
具有MoS
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/钙钛矿/MoS
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的目标器件在1200 h后保留了初始PCE的95%，而对照器件保留了初始PCE的82.9%。在2000 h后，目标器件的PCE保持了初始PCE的96.6%，优于对照组。在MPP跟踪2000 h后，目标器件的效率下降可忽略不计，而控制装置仅在400 h后，PCE损失约为15%。经过1200 h的连续运行，目标器件的效率保持在23%以上（约为原PCE的96%）。结果表明，MoS
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中间层显著提高了PSCs的长期稳定性，归功于稳定的MoS
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/钙钛矿MoS
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结构和强键合。
图4. PSCs的性能
Wafer-scale monolayer MoS2 film integration for stable, efficient perovskite solar cells. 2025, Science, DOI: 10.1126/science.ado2351.
周欢萍，北京大学材料科学与工程学院教授/博士生导师，副院长。
国家自然科学基金委“优秀青年基金”（2017年），国家自然科学基金委“杰出青年基金”（2021年）。研究领域：功能纳米材料的可控生长；无机、有机/无机杂化光电功能材料；光电及能源器件（太阳能电池、发光二极管、检测器）。
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