当我们畅想屋顶、田野都变成“发电厂”时，传统太阳能电池里的铅元素，始终是悬在环保理想上的达摩克利斯之剑——高效却有毒，让清洁能源的大规模应用蒙上阴影。而现在，中国科研团队在《自然》杂志发表的重磅成果，彻底改写了这一格局：一款无铅、高效且稳定的锡基钙钛矿太阳能电池横空出世，效率飙升至17.89%（认证效率17.71%），稳定工作超1500小时仍性能坚挺，一场绿色能源革命正从微观分子世界悄然爆发！

一、理想与骨感：锡基电池的“双重大考”

在清洁能源赛道上，锡基钙钛矿太阳能电池（TPSCs）曾是公认的“潜力股”。它与铅同族却无毒环保，理论光电转换效率超33%，远超现有技术水平，被视作替代铅基电池的最佳选择。但现实却给科研界泼了冷水，它的商业化之路被两大“拦路虎”死死堵住：

一方面是性能瓶颈。传统空穴传输层材料要么像PEDOT:PSS那样“娇弱”——怕水怕光还呈酸性，会加速锡基钙钛矿降解；要么如NiOₓ存在能级不匹配、氧空位等问题，导致电荷提取效率低下，让电池实际效率长期徘徊在16%左右，难以与成熟铅基电池抗衡。

另一方面是稳定性痼疾。空穴传输层与钙钛矿层之间的“埋藏界面”，如同建筑的路基，传统修饰分子（如2PACz）在这里聚集成团、分布不均，形成“坑洼地貌”，导致钙钛矿薄膜缺陷丛生、结晶质量差，电池衰减速度极快，根本满足不了实用需求。更棘手的是，这些传统分子还会与锡基体系“脾气不合”，进一步加剧性能损耗，让无铅光伏的梦想陷入僵局。

二、分子魔法：MBP的“三大绝技”破局

面对全球性难题，中国科研团队另辟蹊径，从分子设计源头出发，合成了两种新型分子——MBC与MBP，其中MBP分子如同一位“全能中介”，在纳米尺度的界面间施展三大“魔法”，一举攻克核心痛点：

绝技一：原子级平整“地基”

通过原子力显微镜观察，传统分子在界面上杂乱聚集，表面粗糙度高达6.04nm，而MBP分子能自组装形成极度均匀的薄膜，表面粗糙度仅1.87nm，相当于头发丝直径的十万分之一。这为钙钛矿的结晶生长打造了完美的“原子级平整地基”，从根源上减少了缺陷产生。

绝技二：能量“无缝阶梯”

MBP分子能精准调整界面电子能级结构，其修饰后的NiOₓ HOMO能级为-4.95eV，与锡基钙钛矿的价带顶（-5.10eV）高度契合，就像搭建了一座平缓的能量阶梯，让光生空穴毫无阻碍地快速传输，极大减少了能量损失。实验数据显示，搭载MBP的电池光致发光寿命显著缩短，空穴提取效率实现质的飞跃。

绝技三：超亲润“培育土壤”

MBP层对钙钛矿前驱体溶液展现出超强润湿特性，接触角小于10°，让溶液能均匀铺展，彻底告别了传统界面“疏水洼地”的问题。这一特性引导钙钛矿形成致密、无针孔、结晶性极佳的高质量薄膜，有效抑制了非辐射复合损失，让电池性能更上一层楼。

三、数据震撼：效率与稳定的“双重碾压”

创新设计带来了颠覆性的性能突破，一组组硬核数据让业界瞩目：

• 效率创纪录：小面积（0.04 cm²）电池效率达17.89%，不仅是反式结构TPSCs的最高效率之一，更首次实现NiOₓ基传输层超越PEDOT:PSS体系的效率纪录，无限逼近商用硅基电池水平。

• 稳定超预期：封装后的电池在室温下存放1344小时（56天），效率保持率超95%；在模拟太阳光下连续工作1550小时（64天），效率仍保留94%以上，彻底摆脱了传统锡基电池“短命”的短板。

• 量产有潜力：1cm²大面积电池效率达到14.40%，证明该技术从实验室走向工业化生产的巨大可行性，为规模化应用奠定了坚实基础。

四、绿色未来：阳光普照处皆为清洁电力

这项突破的意义，远不止一组漂亮的数据。它通过精妙的界面工程，为解决新型光伏技术“效率、稳定性与环保协同提升”的核心痛点，提供了普适性解决方案。

从环保层面看，无铅设计彻底规避了铅污染风险，每年可减少数百万吨铅矿开采，契合全球“双碳”目标，让清洁能源真正实现“全生命周期清洁”；从产业层面讲，低成本的溶液加工工艺、120℃的低制程温度，让光伏发电成本进一步降低，为“光伏+储能”一体化进程加速；从应用场景看，优异的稳定性和柔性潜力，让太阳能电池有望广泛应用于建筑光伏、可穿戴设备、新能源汽车甚至深空探测，真正实现“阳光普照之处，皆是清洁电力”。

当实验室里的17.89%效率，转化为屋顶上的安全发电、口袋里的便携能源，这场由中国科研力量主导的绿色革命，正在悄悄改变我们的世界。它不仅彰显了我国在光伏材料领域的领先地位，更让全球看到了零碳未来的清晰路径。或许在不久的将来，当我们抬头望见阳光下的太阳能板，再也无需担忧重金属隐患，只需要尽情享受清洁能源带来的美好生活——这，就是科学创新最动人的力量。

来源: 光伏大数据