近日，河北大学联合中科院物理所，提出了一种“结构补偿”策略，成功破解了薄膜致密性与表面化学活性难以兼得的长期难题。研究成果“Structural Compensation Strategy: Composite NiOx Hole Transport Layers Enabling High-Efficiency and Scalable Inverted Perovskite Solar Cells”以河北大学为第一单位发表在国际著名期刊《Small》。硕士研究生李岩峰为论文第一作者，我院陈兵兵副研究员，陈剑辉研究员与中科院物理所李冬梅研究员、孟庆波研究员为共同通讯作者。
钙钛矿太阳电池是下一代光伏技术的有力竞争者，其中倒置（p-i-n）结构因制备简单、稳定性好而备受关注。然而，当这类电池从实验室小面积向大面积组件放大时，空穴传输层——尤其是“磁控溅射氧化镍（NiOx）+ 自组装单分子层（SAM）”这一组合——始终面临着界面化学活性不足的瓶颈，导致SAM分子无法有序排列，器件性能大打折扣。针对这一问题，该工作提出了一种“结构补偿”策略，通过构建复合氧化镍（C-NiOx）空穴传输层，成功破解了薄膜致密性与表面化学活性难以兼得的长期难题。
核心创新：双层设计，各司其职
研究团队采用“磁控溅射底层 + 溶液加工顶层”的双层结构：
1. 溅射底层提供致密、低缺陷的衬底接触，保障大面积的均匀覆盖；
2. 溶液加工顶层富含羟基（-OH），为SAM分子提供充足、稳定的锚定位点，促进SAM有序自组装。
这一设计巧妙地将“结构支撑”与“化学功能”分离，让两种工艺优势互补。
关键技术突破：氧辅助冷却精准调控
研究还发现，在磁控溅射后的冷却阶段引入氧气并精确控制最终冷却温度（最优为40°C、氧压10³ Pa），可显著调控NiOx薄膜的形貌、结晶性和导电性。优化后的溅射NiOx表面更平滑、亲水性更强，为后续溶液加工层奠定了良好基础。
性能飞跃：小面积、大面积双丰收
得益于复合空穴传输层对钙钛矿结晶的促进——晶粒尺寸增大、残余应力降低、非辐射复合被有效抑制——研究团队取得了令人瞩目的成果
稳定性卓越，迈向产业化
稳定性是钙钛矿电池产业化的关键。该研究显示：
1. 未封装器件在空气中存放400小时后，仍保持88% 的初始效率；
2. 封装器件在85°C、85%相对湿度的严苛条件下运行600小时后，仍保持83% 的初始效率
从实验室小面积到12.4 cm²组件，从1.55 eV到1.68 eV不同带隙，这项“结构补偿”策略展现出了出色的普适性和可放大性。随着钙钛矿光伏技术日益逼近商业化门槛，这样兼具高效率、高稳定、易规模化的解决方案，为产业化发展提供了有效技术支撑。
该研究工作得到了国家自然科学基金、中德博士后交流项目、河北省教育厅青年拔尖人才计划、河北省自然科学基金、河北大学交叉学科研究项目等项目的资助及河北省光伏技术省部共建协同创新中心、河北大学物理科学与技术学院公共测试平台的大力支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/smll.75056
