钙钛矿/硅叠层太阳能电池(TSCs)为实现太阳能转换中无与伦比的效率和成本效益提供了先进的解决方案。然而，在纳米织构化的硅衬底上制备厚度达1 μm的高质量宽带隙钙钛矿薄膜仍然是一个艰巨的挑战。
在此，湖北大学张旭、上海大学马静、中国科学院大连化学物理研究所王开和刘生忠等人基于密度泛函理论和布朗斯特酸碱化学原理，设计了一种两性共面共轭分子(ACCM)。ACCM中官能团间的诱导效应使其能够以多种离子形式存在。结合其固有的π-π堆叠效应，ACCM与钙钛矿组分建立了多种强相互作用，有效调控结晶动力学并钝化缺陷。因此，钙钛矿薄膜的体相和界面性能均得到显著改善，即使在1 μm厚度下仍保持优异的光电性能。
最终，钙钛矿/硅叠层电池实现了31.57%的卓越效率，位居TSCs最高水平之列，同时在户外条件下表现出出色的长期稳定性。本研究为有机添加剂的开发和TSCs的优化提供了创新视角。
文章亮点：
创新分子设计实现多功能协同调控：
基于DFT和酸碱理论设计的MBC分子，兼具羧基(酸性)和咪唑(碱性)官能团，可同时以阴离子和阳离子形式存在，有效钝化钙钛矿中正负电荷缺陷，并调控结晶动力学，显著提升薄膜质量。
高质量微米级钙钛矿薄膜的成功制备：
MBC的引入延缓了结晶过程，促进了晶粒择优生长((100)晶面)，减少了晶界和缺陷密度，即使在高溴、高铯的宽带隙钙钛矿中也能实现1 μm厚的高质量、无孔洞薄膜，为叠层电池奠定基础。
叠层电池效率与稳定性双双突破：
使用MBC的钙钛矿/硅叠层电池效率达到31.57%，同时表现出极低的滞后效应和优异的户外稳定性(封装器件在4000小时后性能仍保持稳定)，展现了其商业化潜力。
Yang, D., Fahadi, B., Jia, X. et al. Amphoteric coplanar conjugated molecules enabling efficient and stable perovskite/silicon tandem solar cells. Nat Commun 16, 7745 (2025).
https://doi.org/10.1038/s41467-025-62700-2
