在当前全球能源结构转型与“双碳”目标深入推进的背景下，发展高效、稳定、低成本的可再生能源技术已成为科研界与产业界的共同焦点。钙钛矿太阳能电池凭借其优异的光电性能、较低的制备成本及可溶液加工等优势，成为最具发展前景的新一代光伏技术之一。周忠敏团队聚焦于钙钛矿太阳能电池的关键科学问题，围绕铅基钙钛矿、锡铅混合钙钛矿两大核心体系开展系统性攻关，在结晶调控、界面工程、缺陷钝化及长效稳定性机制等方面取得系列重要进展。相关成果分别发表于Nat. Photon.、Matter、Chem、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed. (2篇)、Adv. Funct. Mater. (2篇)、ACS Energy Lett.等国际知名期刊。

在铅基钙钛矿太阳能电池方面，研究从界面动态调控、离子迁移诱导双界面偶极等机制入手，显著提升了器件的效率与综合稳定性。团队通过构象工程在埋底界面构建多功能分子系统，实现紫外屏蔽、动态应变调控与化学钝化的高效协同，器件在光暗循环中自适应释放应力，小面积器件效率达26.47%（Nat. Photon. 2026, 20, 119-127.）。引入吡啶四氟硼酸盐，其阴离子在钙钛矿层内定向迁移并选择性积聚于下界面，自发构建新型双界面偶极子层，显著加速载流子分离提取并优化能带对齐（Matter 2025, 8, 102085）。基于硬软酸碱理论，设计含硫醇基团的交联剂修饰自组装分子层界面，其软碱性的巯基与钙钛矿中铅离子形成强配位键，大幅增强界面结合力与机械完整性，认证效率达25.11%（J. Am. Chem. Soc. 2025, 147, 48391−48399）。针对无电子传输层器件，在埋底界面引入硫酸铟功能层，通过In3+/In+氧化还原电对实现动态循环，持续将光致缺陷Pb0和I0修复为晶格组分，效率达22.97%（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202512061）。

图1.铅基钙钛矿太阳能电池方面的研究工作

在锡铅混合钙钛矿太阳能电池方面，研究围绕结晶动力学调控、应力耗散与界面协同钝化等核心机制，推动了器件效率与稳定性的同步突破。团队从热力学和分子轨道理论角度出发，设计竞争配位诱导结晶调控策略，利用添加剂5-氨基酮戊酸甲酯盐酸盐选择性与SnI2配位形成具有较强SnI2-Cl的热力学有利的加合物，从而延缓锡基钙钛矿结晶速率，实现锡铅组分均匀分布，效率提升至23.76%（Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202501188）。利用痕量水作为质子穿梭通道，降低质子转移能垒实现苄胺与甲脒盐的原位反应生成BnFA+阳离子，锚定甲脒离子并延缓结晶，显著抑制空位缺陷，冠军效率达到24.08%（Chem预接收）。设计双应力耗散路径解决器件热机械稳定性问题，在钙钛矿前驱液中引入PAA共聚物，成膜阶段建立预压缩应力以抵消热膨胀应力，并通过柔性氢键网络缓解应力集中，使器件在热循环中保持85%的初始效率（ACS Energy Lett. 2025, 10, 4603−4611）。在钙钛矿/PCBM界面引入4,4′-氧二苯胺双功能分子，其氨基官能团钝化表面配位缺陷，同时芳香骨架与PCBM形成π-π堆叠，协同增强界面接触与电荷提取。（Adv. Funct. Mater. 2025, e24337）。

图2.锡铅混合钙钛矿太阳能电池方面的研究工作

以上研究成果得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者人才工程、山东省重点研发计划、青岛市自然科学基金等项目的资助。