2025年11月，上海交通大学溥渊未来技术学院、张江高等研究院戚亚冰教授，与冲绳科学技术大学院大学、东京大学、大阪大学、理化学研究所（RIKEN）的科研团队合作，在超柔性钙钛矿太阳能电池（u-FPSCs）领域取得关键突破。研究成果以“Dual hole transport layer for ultra-flexible perovskite solar cells with unprecedented stability”为题在线发表于学术期刊《Joule》上，为物联网（IoT）、航空电子、医疗监测等领域的轻量化能源设备提供了核心技术支撑。
该研究创新性地提出“氧化镍（NiOx）+自组装单分子层（2PACz）”的双空穴传输层结构，解决了超柔性钙钛矿太阳能电池长期面临的“效率与稳定性难以兼顾”的问题。从功能实现来看，NiOx纳米颗粒凭借100℃的低温制备特性，可以降低其对柔性透明聚酰亚胺（tPI）基底的热损伤，并保障钙钛矿薄膜的均匀覆盖；而2PACz自组装单分子层则通过界面偶极效应的精准调控，将NiOx的能级与钙钛矿材料的能级实现了高度适配，显著降低了界面处的非辐射复合损失，并将器件的开路电压提升至1.15V，为器件的高效运行奠定了关键基础。
图1 超柔性钙钛矿太阳能电池结构与性能示意图
超柔性钙钛矿太阳能电池（u-FPSCs）通常采用厚度小于10μm的聚合物基底，以实现轻量化和优异的机械柔韧性。但传统器件长期受两大瓶颈制约：一是以ITO为代表的刚性透明电极易在形变中断裂；二是空气中的水汽与氧气会导致钙钛矿材料快速降解，此前报道的多数u-FPSCs的最高光电转换效率（PCE）不足20%，空气稳定性也普遍低于50小时。针对这些问题，研究团队采取了双重创新策略，一方面通过电极与传输层优化，采用2.1μm厚的tPI基底与130nm厚的非晶ITO组合，并搭配NiOx/2PACz双空穴传输层，使小面积（0.04cm2）器件的PCE达到20.3%；另一方面通过超薄防护层设计，借助原子层沉积（ALD）技术制备15nm厚的氧化铝（Al2O3）/聚对二甲苯（parylene-C）双层防护结构，让器件在空气中（50%湿度、室温条件下）效率保持90%的时间达到130小时，保持80%的时间达到260小时。值得注意的是，15nm Al2O3防护层仅使器件比功率从27.6W•g-1降至27.2W•g-1，降幅不足2%。此外，该器件经1000次弯曲（5mm半径）和折叠测试后，效率仍保持初始值的95%以上，展现出优异的机械耐久性。
图2 本研究工作中的超柔性钙钛矿太阳能电池的柔韧性和稳定性测试结果
日本冲绳科学技术大学院大学博士生Ilhem Nadia Rabehi、Silvia Mariotti博士为论文共同第一作者，上海交通大学溥渊未来技术学院/张江高等研究院戚亚冰教授为论文通讯作者。合作单位还包括大阪大学、理化学研究所（RIKEN）等。该研究工作得到了来自上海交通⼤学溥渊未来技术学院、上海交通大学张江高等研究院、冲绳科学技术大学院大学、KAKENHI等项目的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102209
教授简介
戚亚冰
上海交通大学溥渊未来技术学院讲席教授，日本工程院外籍院士。戚亚冰教授于2000年获得南京大学物理学士学位，2002年获得香港科技大学物理硕士学位，2008年获得美国加州大学伯克利分校应用科学与技术博士学位，博士期间科研主要方向为表界面科学。2008年至2011年，他在美国普林斯顿大学从事博士后研究，研究课题为表界面科学在有机半导体中的应用。从2011年至2024年，他在日本冲绳科学技术大学院大学(OIST)任教，并提前晋升为终身教职正教授，担任能源材料与表面科学研究团队学术带头人及实验室主任，多年来致力于将能源材料研究与表界面科学基础研究深度结合。2024年7月，戚亚冰教授全职加入上海交通大学溥渊未来技术学院，受聘为讲席教授。
在过去的二十余年中，戚亚冰教授对表界面科学和能源材料方面做出了突出贡献，积极推动了该方向科研的不断深入发展。基于他的卓越贡献，2022年，他获得日本花王艺术与科学基金会颁发的花王科学赏 (Kao Science Award)，成为该奖项颁发20余年以来第一位非日本国籍的获奖者。2023年，他获得日本学术振兴会奖 (JSPS Prize)，是该奖项颁发20年以来第三位中国籍获奖者。2024年，他当选为日本工程院外籍院士。
作为表界面科学和材料科学领域的杰出学者，截至目前，戚亚冰教授已在国际知名学术期刊上发表SCI论文200余篇，H-指数为86，总引用次数超过3万次，从2021年起，已连续多年入选科睿唯安“全球高被引科学家”榜单，并当选为材料研究学会会士（MRS Fellow）、美国真空学会会士（AVS Fellow）和英国皇家化学学会会士（FRSC）。
戚亚冰教授的研究涉及材料学、物理、化学、电子工程等多个学科领域，计划在上海交通大学创建一个具有国际竞争力的基于表界面科学和先进材料的多学科交叉研究开发中心，把表界面科学基础研究应用到能源和功能材料及器件的开发上，例如太阳能电池、锂离子电池、有机电子器件、发光材料和器件等，为未来能源技术的发展提供重要技术支持。
