中国人民大学慕成&福建农林大学林智超AFM:埋底界面重构策略实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池

来源:知光谷发布时间:2025-09-01 11:27:25

钙钛矿太阳能电池(PSCs)中,埋底界面普遍存在缺陷富集问题,而功能分子钝化策略能够显著提升器件性能。在此背景下,充分探究钝化分子的取向特征,对于设计并应用含双重乃至多个官能团的高效钝化策略而言,具有至关重要的理论与实践意义。

中国人民大学慕成、福建农林大学林智超等人针对电子传输层/钙钛矿层界面修饰问题,系统研究了三种含不同吸电子基团的功能分子:三氟乙酸钠(NaTFA)、三氟甲基亚磺酸钠(NaTTSA)和三氟甲基磺酸钠(NaTSA)。研究发现一个值得关注的现象:这三种分子均呈现出双重锚定行为,即同时通过头部(乙酸基、亚磺酸基、磺酸基)和尾部官能团(三氟甲基基团)结合到 SnO2电子传输层表面,这一结合模式此前尚未见报道。经优化后,器件的光电转换效率(PCE)达到 25.60%,稳定性也得到显著提升。该研究为钝化分子设计中官能团的合理筛选以及钝化机制的深入理解提供了富有价值的参考依据。

文章亮点:

1.揭示双重锚定钝化新机制:首次证实含双官能团的钝化分子在能量上具有显著倾向性——可与 SnO2电子传输层表面形成稳定双锚定结构。该结构能大幅增强界面相互作用强度,进而显著提升界面缺陷的钝化效率,为钝化策略的设计提供了全新机制支撑。

2.阐明官能团吸电子能力-电荷传输二元耦合关系:
系统研究表明,NaTSA分子中的磺酸基(-SO3−)展现出最强的界面结合亲和力与最优的缺陷钝化效果,性能显著优于 NaTTSA 中的亚磺酸基(-SO2−)及 NaTFA 中的羧基(-CO2−)。其优异性能的核心归因于-SO3−更强的吸电子特性:一方面有效抑制界面陷阱态的形成,另一方面显著促进电荷的高效输运,实现 “钝化-传输” 协同优化。

3.阐释埋底界面能带弯曲调控机制:分子修饰后,界面内建电场强度降低、费米能级差缩小,导致界面势垒高度下降。这一变化不仅为钙钛矿层光生电子向电子传输层的高效提取与转移创造了有利条件,还能有效抑制界面离子迁移行为,减少界面电荷积累,从 “电荷输运” 与 “界面稳定性” 双维度提升器件性能。



X. Xu, J. Lin, Q. Song, X. Wang, C. Mu, and Z. Lin, “Buried Interface Reconstruction Strategy Realizes Efficient and Stable Perovskite Solar Cells.” Adv. Funct. Mater. (2025): e16393

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202516393

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