Nat Commun：28.47%叠层效率！氧化钇工程化基底提升钙钛矿太阳能电池耐久性

透明导电氧化物（TCO）作为钙钛矿太阳能电池（PSC）的基底，长期以来被认为具有良好稳定性，因此其对器件寿命的影响常被忽视。

本文武汉大学方国家、新加坡国立大学侯毅、意大利技术研究院Annamaria Petrozza和武汉纺织大学陶晨等人揭示了氟掺杂氧化锡（FTO）在工作应力下存在不稳定性，加剧了PSC的稳定性问题。为解决该问题，我们提出了一种通用的界面工程策略：采用可扩展的热蒸发结合自然氧化方法，形成原子级键合的氧化钇（Y₂O₃）层，以增强FTO的结构稳定性。蒸发的钇有效锚定了FTO中的部分晶格氧，防止元素解离。此外，Y₂O₃在粗糙FTO表面实现了保形沉积，提高了界面粘附能，建立了有效的离子扩散和载流子非辐射复合损失屏障。该策略显著增强了PSC的结构完整性，大幅提升了操作稳定性。未封装的器件在连续光照1200小时后性能损失可忽略不计。

值得注意的是，我们在正置（n-i-p）结构中实现了26.48%（认证效率26.12%）、倒置（p-i-n）结构中26.34%、叠层结构中28.47%的光电转换效率——均为各自类别中已报道的最高效率之一——充分证明了该策略的强通用性与商业化潜力。

研究亮点：

1. 揭示FTO基底不稳定性，提出Y₂O₃界面强化新策略：首次系统指出FTO在工作条件下会发生离子扩散与元素解离，提出通过热蒸发+自然氧化形成原子级键合Y₂O₃界面层，显著增强基底稳定性。
2. Y₂O₃层兼具强键合、高阻隔与光学透明性：Y₂O₃与FTO形成更强Y–O键（iCOHP=2.91 eV），粘附功提升至6.86 J/m²，有效抑制F、O、I离子互扩散，同时其宽禁带（5.7 eV）与匹配折射率保障高透光。
3. 实现高效率与高稳定性兼备，具备强通用性与产业化前景：未封装器件在1200小时连续运行后效率几乎无衰减；在n-i-p、p-i-n及全钙钛矿叠层结构中分别实现26.48%、26.34%与28.47%的高效率，展示出广泛的器件适用性与商业化潜力。

Wang, H., Ge, Y., Shao, W. et al.Yttrium oxide engineered substrate enables improved durability for perovskite solar cells. Nat Commun16, 9508 (2025).

https://doi.org/10.1038/s41467-025-64548-y