全钙钛矿叠层太阳能电池是下一代高效光伏技术的核心路线之一。其中，窄带隙锡铅（Sn-Pb）钙钛矿底电池对空穴传输材料（HTM）提出了极高要求：既需要PEDOT:PSS的优异溶液加工性，更要克服PEDOT:PSS强酸性、界面应力积累导致薄膜失效等致命缺陷。此前，业界对空穴传输材料的改进多停留在对PEDOT:PSS进行添加剂掺杂、缓冲层引入等“打补丁”式处理，未能从根源上解决其本征不稳定性问题。
4月4日，深圳理工大学院士工作站教授成会明、材料科学与能源工程学院副教授白杨联合澳门大学教授陈石，在国际顶级材料期刊Advanced Materials上发表最新研究成果，创新性地开发出可调谐低酸性PEDOT:SAM超分子复合空穴传输材料，从根本上解决了传统PEDOT:PSS的强酸性和界面应力积累问题。基于该材料制备的全钙钛矿叠层太阳能电池效率突破28.76%（认证值27.99%），叠层器件T80寿命超过1000小时，为高效稳定全钙钛矿叠层光伏技术商业化应用奠定了重要基础。
研究团队另辟蹊径，揭示了PEDOT:PSS失效的两大根源：其一，PSS大分子的强酸性会影响相邻的Sn-Pb钙钛矿层，加剧Sn2+氧化和钙钛矿分解；其二，PEDOT与PSS大分子链之间的相对滑动产生局域应力，在热循环和光照下导致界面失效与钙钛矿薄膜开裂。基于这一认知，团队提出了“以小分子SAM取代PSS大分子”的全新设计思路，通过一步氧化聚合法将PEDOT与卡唑膊酸基小分子SAM（MeO-2PACz）直接合成为PEDOT:SAM超分子复合材料。该合成路线无需三氯化铁氧化剂，避免了繁琐纯化工序，工艺简洁高效。
PEDOT:SAM的分子结构设计、合成路线及性质表征。（a）合成示意图；（b）能级调控；（c）Raman光谱；（d）EPR谱；（e）NMR化学位移；（f-g）XPS谱
其核心作用机制分为三个关键维度：
低酸性化学环境构建：以SAM小分子取代高酸性PSS大分子，从根本上降低了空穴传输层的酸性（pH更接近中性），有效抑制了对Sn2+的影响，为底电池提供了稳定的化学界面。PEDOT:SAM对紫外光的吸收强度比PEDOT:PSS提升170%，可有效屏蔽UV对窄带隙底电池的损伤。
自适应应力缓冲（SB）界面：SAM小分子在PEDOT链上具有动态迁移能力，如同骨骼关节中的软骨缓冲层，在钙钛矿成膜和热退火过程中通过小分子滑动将应力分散消释，避免界面应力积累和薄膜开裂。应力分布图（Raman mapping + XRD）直接证明了底膜应力的显著降低。
诱导钙钛矿高质量结晶：低应力、自适应的底界面为钙钛矿结晶提供了有利条件，引导晶体优先沿低能量(100)晶面取向生长，显著减少了碘化铅杂质和体相缺陷（SCLC测试显示缺陷密度降低约60%），并改善了薄膜形貌均匀性。原位PL监测进一步揭示，PEDOT:SAM底界面促进了钙钛矿更高效的早期成核，并使薄膜在退火过程中持续自适应调整达到更低能量状态。
这一从材料设计到界面调控再到晶体质量提升的全链条优化策略，实现了对底电池稳定性和效率的协同提升，从根本上保障了全钙钛矿叠层器件的可靠运行。
性能与稳定性验证：
为全钙钛矿叠层光伏技术产业化
铺平道路
研究团队对该策略进行了系统验证。以PEDOT:SAM为空穴传输层制备的窄带隙（1.27eV）锡铅单结钙钛矿太阳能电池获得了23.7% 的最高光电转换效率，开路电压达0.891V、电流密度33.07mA cm-2、填充因子80.36%，器件迟滞现象得到显著抑制。当集成至全钙钛矿叠层太阳能电池后，叠层冠军器件实现了28.76%的效率，并获得27.99%的第三方认证效率（认证Voc=2.16V，Jsc=15.54mA cm-2，FF=83.53%），跻身全钙钛矿叠层领域的先进水平行列。
在稳定性方面，PEDOT:SAM赋予了器件卓越的运行可靠性。窄带隙单结器件在氮气环境下T94储存寿命高达2000小时，而PEDOT:PSS对照组在300小时内效率便损失过半。在100℃热处理60分钟后，目标器件仍保持90%以上初始效率，而对照组下降至70%。全钙钛矿叠层器件在1倍太阳光持续照射MPPT测试中，T80寿命超过1000小时，远优于基于PEDOT:PSS叠层器件（200小时内损失50%效率），充分验证了其在真实工况下的优异稳定性。
器件性能与稳定性表征。（a）窄带隙冠军器件J-V曲线；（b）稳定功率输出（SPO）；（c）热稳定性；（d）储存稳定性；（e）叠层器件结构；（f）叠层冠军 J-V曲线；（g）第三方认证效率；（i）叠层MPPT稳定性对比
该研究不仅开发了一类全新的低酸性、可调谐PEDOT:SAM空穴传输材料体系，更系统阐明了其通过应力缓冲和晶体质量调控协同提升器件效率与稳定性的作用机制，打破了传统PEDOT:PSS因本征材料缺陷制约全钙钛矿叠层太阳能电池稳定性的问题。PEDOT:SAM的可调谐能级和SAM分子的可替换性，进一步预示了该策略在不同器件体系中的广泛适用潜力，有望成为下一代空穴传输材料研究的新范式。
深圳理工大学与澳门大学联培博士生习晨鹏、深圳理工大学与中国科学技术大学联培硕士生金明镜为共同第一作者，成会明、白杨及陈石为共同通讯作者。
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