科研进展--中国科学院广州分院

作为固着生物，植物演化出多维感知与响应网络，以整合环境信号并精准重编程发育进程。与动物不同，植物NF-Y转录因子家族由多个旁系同源基因编码，其亚基通过形成异源三聚体复合物发挥功能。异源三聚体的组合多样性赋予了NF-Y广泛的转录调控潜能，拓展了植物的遗传多样性和环境适应性。近十年来，关于NF-Y的研究已由模式植物拟南芥拓展至作物，在基因功能与分子机制层面取得突破性进展，然而针对作物NF-Y的系统性综述仍然缺乏。近日，中国科学院华南植物园侯兴亮科研团队以题为“Nuclear factor-Y transcription factors in crops: Biological roles,regulation,and breeding applications”的综述文章在线发表在国际学术期刊Plant Communications（《植物通讯》）上。综述进一步系统整合了NF-Y在作物中的研究进展，包括其生物学功能、转录和转录/翻译后修饰、对靶基因表观遗传调控中的关键作用以及NF-Y三聚复合体的装卸机制。同时，系统梳理了NF-Y在作物育种中的应用潜力，并探讨了整合多组学手段，通过调控转录、翻译后修饰及表观遗传等层面提升作物品质与环境适应性的技术策略，凸显了NF-Y在作物育种改良上的巨大潜力。科研团队的张春雨副研究员近年来在NF-Y功能的研究中取得了一系列进展，并揭示了NF-Y在开花、下胚轴伸长及种子发育等植物生长发育中的分子调控机制（Zhang et al.,Nature Communications,2025；Yao et al.,Plant Journal,2025；Zhang et al.,Plant Cell,2023；Zhang et al.,JIPB,2021），其研究方向已从模式植物拟南芥逐步拓展至重要农作物大豆。博士研究生武欢为该论文第一作者，张春雨副研究员和侯兴亮研究员为共同通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金和广东省基础与应用基础研究基金项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.xplc.2025.101530图. NF-Y在作物育种中的应用策略

2025-09-24

南海海洋所“海境·涡流大模型1.0”正式发布

9月20日-21日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室（以下简称“实验室”）主任杜岩研究员受邀参加在青岛召开的“2025物理海洋前沿论坛”。会上，杜岩作“海境·涡流大模型：海洋非平衡态动力学与AI海流重构”报告，详细介绍了“海境·涡流大模型”的研发背景、技术构架以及下一步工作方向。借此，“海境·涡流大模型1.0”正式发布。海洋非平衡态动力学是海洋科学的前沿，是在目前地转平衡理论基础上发展起来的一门学科。海洋表层典型的海洋非平衡态过程包括：Ekman流、近惯性流、潮流以及波和风所致不稳定驱动的流（亚中尺度过程）等，约占80%的海洋表层瞬时运动形式，显著影响气候变化和碳收支。现有海洋观测仅能刻画百公里尺度以平衡态为主的过程，依据地转平衡理论和卫星动力高度获得的海表流场无法准确刻画非平衡态过程。实验室海洋动力热力过程研究团队最新提出了利用海表动力高度和海表温度诊断海表全流的方法，该方法具备了获得海表非平衡态海流的能力。海洋非平衡态过程可显著影响上层300-400米的海流，这部分海流的获取方法是目前研究中的难点。针对这一难点，“海境·涡流大模型”应运而生。它是一款端到端的海洋三维流场智能重构大模型，创新性地利用海表高分辨率卫星遥感数据，通过智能映射技术，实现对海洋三维全流场的快速现报。“海境·涡流大模型”包含两套流场重构方案：①利用海表卫星数据结合SwinUnet模型直接重构次表层三维全流场；②利用海表卫星和三维温盐数据结合创新开发的SpadeUp模型重构次表层三维全流场。方案一能够有效重构上层350米的海表全流，方案二在有三维温盐输入的情况下能够进一步提高混合层之下（到550米）全流场的重构精度。研究团队表示，未来将继续深化海洋动力学与人工智能方法的融合，拓展模型重构深度至上层2000米，并扩展至全球范围，同时增强现报模块功能，为海洋环境保障应用和海洋动力学研究提供数据支撑。

2025-09-22

南海海洋所 | 研究团队在利用漂流浮标观测推断海洋亚中尺度能谱研究方面取得新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋环境模拟与应用技术研究团队在亚中尺度能谱研究方上取得新进展，相关研究成果以“Inferring submesoscale energy spectra in the Gulf of Mexico from surface drifters”为题，发表在物理海洋国际著名期刊Journal of Physical Oceanography上。该研究成果第一作者为南海海洋所副研究员钱钰坤，南海海洋所研究员彭世球与挪威奥斯陆大学地球科学系教授Joseph LaCasce为论文共同通讯作者。海洋动能波数谱是表征海洋湍流和开发模型参数化方案的核心科学问题。卫星高度计和船载声学多普勒流速剖面仪（ADCP）的观测分辨率有限（通常仅达10公里），难以有效捕捉过渡尺度（~几公里）及以下的亚中尺度动力过程。当前基于GPS追踪的海表漂流浮标能提供空间分辨率高达10米、时间分辨率达5分钟的海表流速数据，为研究亚中尺度能量谱提供了新的途径。通过分析漂流器对的相对扩散，可以间接推断动能能谱的斜率，但此前基于时间统计诊断量和基于距离统计诊断量的方法常存在不一致性，导致诊断结果具有较大不确定性。该研究利用2012年夏季GLAD和2016年冬季LASER外场试验中在墨西哥湾北部释放的超过一千个GPS海表漂流浮标轨迹数据，综合运用了相对扩散、峰度、相对扩散率等多种时间统计量，以及二阶速度结构函数、有限尺度李雅普诺夫指数（FSLE）、其改进版有限振幅增长率（FAGR）和最新提出的累积逆分离时间（CIST）等分离统计量，系统分析了漂流浮标对的相对扩散行为。研究发现，从约100米至数公里尺度，动能能谱呈现K-2的依赖关系。能谱结构存在明显的季节性差异：在冬季，K-2谱段可延伸至变形半径（~50公里）；而在夏季，在5-50公里尺度范围内存在更陡的K-3谱段（与大气上对流层能谱类似），其下（100米至5公里）仍为K-2谱。在100米以下尺度，分离统计量支持更浅的K-5/3（Richardson）能谱。研究还发现，在最初几天或最小尺度（<1公里）上，“偶遇对”（chance pair）的扩散显著快于“原始对”（original pair），这与初始距离与相对速度的记忆相关性有关，表明亚中尺度扩散研究需使用无偏的粒子对或三联体投放策略进行更优化的观测。此外，研究证明CIST和FAGR在分析亚中尺度扩散方面比传统的FSLE更具优势。图1 基于漂流浮标观测数据推断的海洋动能谱特征。该研究成功利用海表漂流浮标揭示了此前难以直接观测的亚中尺度能谱特征，为理解海洋亚中尺度动力过程、能量串级及其季节性变化提供了重要的观测依据，对改进高分辨率海洋模式参数化方案具有重要意义。该研究由国家重点研发计划、国家自然科学基金项目和广东省自然科学基金项目联合资助。论文信息：Qian,Y.-K.,J. H. LaCasce,and S. Peng,2025: Inferring submesoscale energy spectra in the Gulf of Mexico from surface drifters. Journal of Physical Oceanography,55,1475–1491. https://doi.org/10.1175/JPO-D-24-0220.1论文链接：https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/55/9/JPO-D-24-0258.1.xml

2025-09-23

华南植物园揭示绿地暴露在城市密度与心理健康关系中的中介效应与调节效应

心理健康已成为全球性重大挑战，占全球威胁生命疾病总数的32%，并且世界卫生组织研究表明COVID-19大流行导致全球焦虑症和抑郁症患病率上升25%。尤其是城市地区的居民心理健康面临更大风险，通常与城市复杂环境多因素密切关联，例如环境污染、孤独感、压力以及城市绿色空间的匮乏等。心理健康通常会受到个体特征、社会关系和社会经济地位等多维因素的影响，因此建成区环境对居民心理健康的影响日益受到关注。城市密度作为建成区环境的核心要素，目前其对心理健康的影响仍存在争议，主要由两方面可能原因导致，一是以往研究往往忽略了两者关联的具体路径与交互作用，二是影响机制会因当地背景不同而存在差异。城市的密集开发可能后果是导致绿色空间减少，对心理健康造成不利影响，但相反，高密度城市又会伴随带来高效的交通系统和适宜步行的有利环境。然而，总体来讲，城市密度、城市绿色空间暴露以及心理健康三者之间的复杂关系仍未形成一个统一的关联框架。理解其关系有助于增强我们对于高密度城市开发如何影响心理健康的认知，并为城市绿地规划提供更科学的决策依据。鉴于此，本研究以高密度发展为特征的典型快速城市化地区为例，基于对824位受访者的问卷调查，通过系统剖析城市绿色空间暴露的双重作用，拓展和填补了现有研究的关键缺陷：城市绿色空间访问频次在“城市密度─心理健康”关联中起中介变量作用，而城市绿色空间可用性则起调节变量作用。研究结果表明：（1）城市密度的影响具有情境依赖性：其对三项心理健康指标（抑郁程度、生活满意度、价值感）的影响取决于城市绿色空间的可用性水平；（2）访问社区花园、市政公园和滨水公共绿地能显著降低抑郁风险、提升生活满意度和增强价值感。社区花园与市政公园的互动访问与三项心理健康指标的改善均呈正相关，而城市公共绿色空间访问频次对于心理健康的积极影响超过了城市绿色空间可用性及城市密度的作用；（3）最重要的，我们揭示了一个内在关键双重机制：访问城市绿色空间可以充分缓解高密度建设对于心理健康产生的负面影响，而城市绿色空间的可用性则对这种关系起到调节作用，可以减轻高城市密度带来的负面影响。上述发现对于城市绿色空间规划的优化提供了新颖实证依据：提升绿地可用性及其访问频次可降低高城市密度对心理健康的负面影响，并且应该优先发展社区花园与市政公园，因其对三项心理健康指标均产生显著的积极作用。研究成果以“Greenspace exposure and its dual role as mediator and moderator in the relationship between urban density and mental health”为题，近期发表在国际景观生态学及城市规划领域顶级期刊Landscape and Urban Planning（《景观与城市规划》）（IF=9.2）上。中国科学院华南植物园副研究员刘红晓为该文第一作者，中国人民大学生态环境学院孙晓副教授和中国科学院华南植物园任海研究员为共同通讯作者。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.landurbplan.2025.105497

2025-09-23

亚热带所 | 喀斯特白云岩坡地土壤厚度估算研究取得新进展

近日，中国科学院亚热带农业生态研究所王克林研究员团队联合成都山地灾害与环境研究所等单位，在广西环江喀斯特生态系统观测研究站开展的利用地面伽马辐射剂量率估算喀斯特白云岩坡地土壤厚度研究取得进展，相关成果发表在土壤与地貌学国际期刊Catena。近日，中国科学院亚热带农业生态研究所王克林研究员团队联合成都山地灾害与环境研究所等单位，在广西环江喀斯特生态系统观测研究站开展的“利用地面伽马辐射剂量率估算喀斯特白云岩坡地土壤厚度”研究取得进展，相关成果发表在土壤与地貌学国际期刊Catena。喀斯特地区土壤浅薄且空间分布高度不均，是限制植被恢复与生态工程选址的关键因素。传统的探针法与电阻率法受岩性干扰较大，难以准确估算“生态有效土层厚度”。该研究基于喀斯特区“岩体放射性低、土壤放射性高”的特征，首次建立了“土壤厚度-伽马辐射剂量率”幂函数关系模型（R²=0.99）（图1），提出一种简便、非破坏性的新方法用于快速估算浅层土壤厚度。研究通过在白云岩裸露坡面上构建标准土壤填充试验箱，分层测量不同厚度下的γ剂量率，验证了伽马值对0–35 cm范围内土壤厚度的高敏感性。在实际坡面测试中，草地样地平均估算厚度仅0.47 cm，灌丛样地为11.22 cm，结果与前期大型剖面调查高度吻合，且较钢钎法更接近“生态有效厚度”（图2）。研究指出，该方法特别适用于评估石漠化区植被恢复潜力和划定适宜造林区域。该成果为喀斯特地区土壤资源普查、生态恢复模式优化和石漠化治理分区提供了技术支撑，未来可与遥感影像、地电成像等手段融合，开展更大尺度的土壤空间分布制图。图1. 伽马辐射剂量率与土壤厚度的关系图2. 伽马射线土壤厚度估算法与钢钎法的对比论文链接

2025-09-23

南海海洋所 | 火山型被动陆缘地壳裂解机制获揭示

近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质实验室（OMG）赵明辉研究员团队与徐敏研究员团队联合浙江大学及法国西布列塔尼大学，在火山型被动陆缘地壳结构形成机制方面取得突破性进展。相关成果在线发表在国际地学顶级期刊《地球和行星科学快报》（Earth and Planetary Science Letters）上。论文第一作者为浙江大学研究员杨海斌，通讯作者为南海海洋所副研究员关慧心，合作者包括西布列塔尼大学教授Laurent Geoffroy、浙江大学教授陈汉林、南海海洋所研究员赵明辉和研究员徐敏。被动陆缘是大陆裂解过程中形成的重要地质单元，其中火山型被动陆缘以巨量岩浆活动和标志性的向海倾斜反射层（Seaward-Dipping Reflectors,SDRs）著称。然而，SDRs究竟受“构造伸展”还是“火山载荷”主导，学界已争论十余年。本研究创新性引入高分辨率二维热-力学数值模拟，系统评估裂谷盆地内不同密度充填物对断层样式及地壳结构的控制作用。模拟结果显示：当裂谷内充填高密度玄武质岩浆（密度较上地壳高100–200 kg/m³）时，地表载荷差异诱发向陆倾斜的断层系，最终塑造典型的SDRs；若充填低密度沉积物，则易形成对称共轭断层系，常见于非火山型被动陆缘结构。这一发现首次将“地表载荷物理性质”与“构造伸展”并列为大陆裂解形态的双重主控因素，突破了传统单因素端元模型的局限，为长期学术争端提供了统一解释框架。该研究不仅深化了对火山型被动陆缘形成机制的认识，也为南海、大西洋等典型张裂陆缘的深部结构解析提供了关键理论依据，对油气远景评价、岩浆活动诱发地质灾害评估等具有重要应用价值。研究得到国家自然科学基金项目资助。论文信息：Yang,H.,Guan,H.*,Geoffroy,L.,Chen,H.,Zhao,M.,Xu,M. (2025). Syn-rift margin architecture influenced by surficial loads. Earth and Planetary Science Letters,671: 119637,doi: 10.1016/j.epsl.2025.119637.文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X25004352?dgcid图1 SDRs的两种形成模型：a）构造模型；b）载荷模型（修改自 Geoffroy,2005 和 Buck,2017）。图2 模拟结果表明：a）当表层堆积物密度较低（2500 kg/m³）时，易形成对称式共轭断层；b）而当堆积岩浆密度较高（2900 kg/m³）时，则会在其底部发育向陆倾斜的断层，进而形成向海倾斜的反射层（SDRs）。

2025-09-22

南海海洋所 | 研究揭示热带大型河流有机碳埋藏关键机制

近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质实验室刘建国研究员团队在热带大型河流系统有机碳（OC）储存与稳定性调控机制研究方面取得重要进展。该研究系统揭示了风化过程及矿物组成（尤其是铁氧化物和铝质黏土）对有机碳动态的关键控制作用，相关发表于国际知名地学期刊《CATENA》。该研究成果共同第一作者为国际博士后Md Hafijur Rahaman Khan（中文名：苏曼）与中国海洋大学博士谭龙，南海海洋所研究员刘建国、副研究员黄云为共同通讯作者。其他作者包括南海海洋所博士Ananna Rahman、自然资源部第一海洋研究所研究员刘升发、南海海洋所研究员陈忠。河流与海洋沉积物中的有机碳埋藏是全球碳循环的核心环节之一，对调节地球气候平衡具有深远影响。尽管热带河流流域面积仅占全球陆地有限部分，但其输送的沉积物和有机质总量却占全球重要比例，其中有机碳的埋藏效率与稳定性一直是学界关注的焦点。然而在高温高湿、化学风化强烈的热带地区，有机碳在搬运与沉积过程中保存与分解的具体矿物学机制尚不明确。研究团队以恒河–布拉马普特拉河（G–B）这一全球规模最大、输沙量最丰富的热带河流系统为研究对象，通过对流域沉积物开展系统的地球化学与矿物学分析，研究发现：化学风化促进了铝质黏土（如高岭石）的形成，这些矿物通过吸附和微环境保护机制，有效稳定有机碳；铁氧化物能够与有机碳形成强烈的有机–矿物结合及表面涂层，减少微生物降解，从而提高有机质的长期保存率；相比之下，在潮湿的热带环境中，部分高反应性矿物相可能会加速有机碳在搬运和沉积过程中的分解与流失。研究表明，风化产物与有机质之间的相互作用是决定热带河流系统中有机碳埋藏效率的关键因素。该成果不仅深化了人们对源–汇过程和有机碳–矿物相互作用机制的理解，还为预测热带河流在未来气候变化中的响应及其对全球碳循环的反馈提供了重要科学依据。研究工作得到了国家自然科学基金和中国科学院-TWAS院长奖学金计划共同资助。图1 恒河–布拉马普特拉（G–B）流域示意图，显示土地利用/土地覆盖（LULC）特征及现代沉积物采样点分布。图2 展示恒河–布拉马普特拉各支流中有机质指标的输运与演变特征，并通过图示总结了有机碳来源、输运机制以及矿物结合有机碳在储存和稳定过程中的作用。文章信息：Khan MHR1,Tan L1,Liu J.*,Rahman A,Huang Y*,Liu S,Chen Z,2025. The impact of weathering,iron oxides,and aluminous clays on organic carbon storage and stability in an extensive tropical river system. CATENA 258,109250.文章链接： https://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109250

2025-09-12

深圳先进院 | 可变直径适应的亚厘米级纯软体胶囊机器人（IEEE/ASME）

近日，中国科学院深圳先进技术研究院微创中心高兴副研究员团队与运城学院杜阳阳博士在亚厘米级管道/腔道机器人取得重要进展。团队基于介电弹性体（DEA）开发的电活性球囊外廓仅8mm，结合鞭毛驱动原理创新设计了一款可自适应管道内径变化的变直径纯软体胶囊机器人。初代样机验证了其整体柔顺性可适应S形、小曲率大转角管路特征，同时实现了1.33倍变直径入路（12~16mm），满足Murray's law预测的树状管路分岔口的1.26倍直径变化，在管路内典型的环形台阶障碍也可轻松通过。相关成果以A Single Chamber Minibot With Elastic Hinges for Adapting Various Diameter Pipelines为题，发表在IEEE/ASME TRANSACTIONS ON MECHATRONICS。论文第一作者为运城学院杜阳阳博士，通讯作者为中国科学院深圳先进技术研究院高兴副研究员。传统电机驱动的管道内爬行机器人解决了大直径管道内巡检需求，但无法满足小直径管道（≤20mm）。以气动或智能材料驱动器为驱动单元是实现管道内爬行机器人微小型化的关键，但面临高效率（爬行速度）、长距离与大变径比（最大适应管径与最小适应管径之比）无法兼得的问题。例如，气动机器人可以实现大变径比，但由于气体/管壁摩擦阻尼，远距离响应迟滞严重。DEA驱动的爬行机器人虽然可以实现1BL/s以上的爬行速度，但变径比仅有1.1，限制了障碍通过能力。团队提出了一种DEA与气动单元结合的高爬行速度、大变径比且能长距离爬行的亚厘米级管道/腔道机器人。它主体由中心内嵌的卷制型DEA、可变形充气外胆以及24个弹性铰链鬓毛组成（图2）。主要亮点如下：1) 主动调节外廓：利用气压控制外胆凸起变形，实现柔性铰链鬓毛倾角的主动变形，实现大变径比1.33（图3）。2）低管径敏感性：柔性铰链鬓毛旋转变形替代传统鬓毛的弯曲变形，降低了鬓毛与管壁之间的法向约束力及相应的正向运动摩擦力。3）高过障碍能力：利用轴向分布多组鬓毛保持良好的摩擦力各向异性，使机器人可以通过0.6mm的环形台阶。4）高频共振驱动：利用卷制型DEA的高频轴向共振变形（~430Hz），爬行速度最快可达3BL/s，同时规避了气动驱动的迟滞效应（图6）。5）高适用性：在没有优化鬓毛材质的情况下，机器人有效行程可达4m以上，且能通过金属管道以及复杂弯曲管道（图7）。论文链接：https://doi.org/10.1109/TMECH.2025.3587461.图1 机器人初代样机图2 机器人结构图3 主动调节鬓毛角度原理图4 柔性铰链鬓毛与传统弯曲鬓毛的对比图5 机器人通过环形台阶图6 机器人在DEA共振驱动下的爬行速度图7 机器人在弯曲及变内径管道中的爬行

2025-09-02

深圳先进院∣钙钛矿基多结太阳能电池（Nature Reviews Clean Technology）

近日，中国科学院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所王在伟研究员与新加坡国立大学侯毅教授合作在国际权威期刊Nature Reviews Clean Technology发表了题为 “Perovskite-based multi-junction solar cells”的综述性论文[]，系统总结了钙钛矿基多结太阳能电池的最新研究进展与未来发展方向。这一成果为推动新一代高效、低成本光伏技术提供了重要的理论依据和发展蓝图。近日，中国科学院深圳先进技术研究院碳中和技术研究所王在伟研究员与新加坡国立大学侯毅教授合作在国际权威期刊Nature Reviews Clean Technology发表了题为 “Perovskite-based multi-junction solar cells”的综述性论文[]，系统总结了钙钛矿基多结太阳能电池的最新研究进展与未来发展方向。这一成果为推动新一代高效、低成本光伏技术提供了重要的理论依据和发展蓝图。研究背景光伏发电作为实现碳中和的重要能源技术，近年来发展迅速。然而，目前商用的硅基或钙钛矿单结电池效率已接近单结理论极限，进一步提升空间有限。多结太阳能电池通过层叠具有互补带隙的光吸收材料，可更高效地利用太阳光谱，被认为是突破效率瓶颈的关键路径。钙钛矿材料因其带隙可调、制备成本低、工艺灵活等优势，被广泛应用于与硅或其他半导体叠层的多结光伏器件中。但与此同时，该领域仍面临诸多挑战，例如超宽带隙钙钛矿在光照下易发生相分离，中间层材料电流输出不足，以及层间工艺兼容性差等问题，这些因素制约了器件的进一步发展和规模化应用。研究亮点与主要结论该综述全面梳理了近年来钙钛矿-钙钛矿-硅三结太阳能电池的研究进展，并从材料设计、器件结构和应用潜力三个层面提出了深入分析与展望。顶层电池优化：超宽带隙钙钛矿是实现三结器件的关键，但其相分离问题严重。研究表明，通过离子掺杂（如Rb⁺、Cl⁻）或化学组分工程，可有效改善结晶性，抑制卤素离子迁移，从而提升开路电压和稳定性。中间层材料突破：理想的中间层带隙应在1.40–1.50 eV之间。Pb–Sn混合钙钛矿以及纯相FAPbI₃等材料表现出良好的潜力，部分研究已实现接近理论值的电流匹配，推动了整体效率的提升。硅底电池升级：作为光伏产业的主力，硅电池为叠层提供了坚实的基底。最新的TOPCon、硅异质结（SHJ）等技术与钙钛矿叠层结合，展现出更高的转换效率和良好的稳定性。互连层设计：合理的互连层不仅要高透明度、低电阻，还需避免对下层造成损伤。通过优化透明导电氧化物（ITO、IZO）或超薄金属层，能够实现更高效的电荷输运并减少寄生吸收。模拟结果显示，钙钛矿-钙钛矿-硅三结电池的理论效率可达44.3%，比双结电池的理论极限（39.5%）高出约5个百分点。在实际气候条件下，该类三结器件的发电量比单结电池提升33–46%，比双结电池高约8%，展现出巨大的应用潜力。应用前景与意义钙钛矿基多结太阳能电池凭借其优异的光电性能和低成本优势，被视为最有希望与传统硅光伏结合的下一代高效器件。本研究不仅全面总结了当前研究中的关键科学问题，也明确指出了未来的发展方向：降低开路电压损失：通过界面工程和能级匹配减少非辐射复合；开发理想中间层材料：寻找稳定的窄带隙钙钛矿以提升电流输出；提升器件稳定性：通过材料组分调控和封装技术增强长期运行寿命；推进规模化制备：探索低成本、兼容性强的大面积沉积工艺。该综述的发表，不仅为科研人员提供了系统性的研究框架和问题导向，也为产业界探索低成本、高效率的下一代光伏器件提供了技术路线图。未来，钙钛矿多结太阳能电池有望在大规模清洁能源生产中发挥核心作用，助力“双碳”目标的实现。论文上线截图，DOI: 10.1038/s44359-025-00103-8钙钛矿-硅多结太阳能电池的演变及工作原理基于钙钛矿的多结太阳能电池的能量产出评估

2025-09-19

Nature再+1！深圳先进院联合开发新型SAM分子策略解决反式钙钛矿太阳能电池稳定性难题

9月17日，中国科学院深圳先进技术研究院先进材料科学与工程研究所光子信息与能源材料研究中心杨春雷研究员和张杰副研究员团队，联合香港岭南大学、吉林大学、香港城市大学的研究团队，合作在Nature上发表最新研究成果。空穴选择性自组装单分子层（SAM）在推动反式钙钛矿太阳能电池认证光电转换效率（PCE）达到27%以上发挥了关键作用。然而，它们的不稳定性往往会损害器件的运行性能，严重阻碍其实际应用。针对这一挑战，9月17日，中国科学院深圳先进技术研究院先进材料科学与工程研究所光子信息与能源材料研究中心杨春雷研究员和张杰副研究员团队，联合香港岭南大学、吉林大学、香港城市大学的研究团队，合作在Nature上发表最新研究成果。合作团队开发出了一种普适性的SAM分子原位交联构象强化策略，解决了SAM在高效率钙钛矿基光伏技术中的稳定性难题，对促进反式钙钛矿光伏技术和下一代钙钛矿基叠层光伏技术的商业化应用具有重要意义。该研究中，研究团队设计引入了一种优化了碳链长度的含叠氮基团新型SAM分子JJ24，能够增强主体SAM分子CbzNaph在透明导电氧化物衬底表面的分布均一性，并抑制自组装过程中缺陷和空隙的形成。JJ24分子的含叠氮基团可以通过热激活方式，与CbzNaph分子的烷基链原位共价交联，构成紧密组装的co-SAM层（图1）。这一结构显著增强了CbzNaph的择优取向性（图2），并通过强化CbzNaph分子烷基链连接体刚性，抑制在光照和热应力下因分子摆动而引起的透明导电氧化物衬底表面暴露，防止了钙钛矿层埋底界面分解，并抑制器件界面处的非辐射复合损失（图3）。基于该方法制备的反式钙钛矿太阳能电池同时实现了26.9%的认证效率，且连续工作1,000小时后，效率零衰减（基于ISOS-L-2测试标准），并在–40°C至85°C之间经过700次重复热循环后，仍能保持>98%的初始PCE，代表了该领域的顶尖水平（图4）。该研究提出了一种普适性的SAM分子原位交联构象强化策略，改善了SAM分子的衬底覆盖度和构象稳定性，解决了高效率反式钙钛矿太阳能电池埋底界面退化引发的工况稳定性难题，同时也为其他采用高粗糙度基底的高效率SAM基器件的工况稳定性提供了解决方案，对钙钛矿基光伏技术在光伏电站、光伏建筑一体化、新能源汽车光伏充电、低空飞行器光伏动力能源和分布式光伏等方面的商业化应用具有重要意义。香港城市大学姜文林博士和曲歌平博士为共同第一作者。通讯作者为香港城市大学任广禹教授、中国科学院深圳先进技术研究院张杰副研究员、吉林大学蒋青教授、香港岭南大学吴圣钒教授。在中国科学院深圳先进技术研究院的研究工作得到了国家自然科学基金的资助。文章上线截图，原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-025-09509-7图1. CbzNaph和JJ24的分子设计与交联机制，及其PiFM实验验证。图2. CbzNaph分子和JJ24分子的分子动力学模拟。图3. CbzNaph和JJ24分子交联对钙钛矿层埋底界面分解机制的研究。图4. 应用CbzNaph:JJ24交联空穴选择层的反式钙钛矿太阳能电池效率及稳定性测试。

2025-09-19