文章介绍
空穴传输层（HTL）与钙钛矿薄膜之间的埋底异质界面，对可扩展钙钛矿太阳能模组的效率与稳定性具有决定性影响。尽管基于自组装单分子层（SAM）的HTL在旋涂器件中实现了创纪录的光电转换效率，但在可扩展的刮刀涂布过程中，常在SAM/钙钛矿界面处诱发微米尺度的纳米间隙，导致非辐射复合与机械性能退化。
基于此，南京大学Ke Xiao、Ludong Li、谭海仁等人提出一种构筑于SAM之上的埋式集成钝化纳米结构（BIPN），其中无机氧化物纳米颗粒充当力学增强相，钝化分子则通过氢键锚定于球形表面，发挥化学稳定作用。该设计有效缓解界面应力、显著减少纳米级间隙，同步降低缺陷密度并强化埋底界面。基于此，刮涂钙钛矿太阳能电池实现26.0%的光电转换效率（认证值为25.7%），20.25 cm²孔径面积的微型模组效率达22.5%，并在国际有机光伏稳定性峰会（ISOS-L-1）标准条件下运行2100小时后无性能衰减。该论文近期以“Buried heterointerface reinforcement with passivation-integrated nanostructures for efficient and stable perovskite solar modules”为题发表在顶级期刊Joule上。
核心策略：埋入式集成钝化纳米结构（BIPN）
实施方法：修饰于SAM/钙钛矿界面
- 无机SiO₂纳米球：作为机械增强相，缓解晶化应力
- 有机4F-PEACl钝化分子：通过氢键锚定在SiO₂表面，起到化学钝化与缺陷抑制作用
机制：
- 应力机制：刮涂溶剂自上而下挥发，表面先结晶、底部后收缩，诱发横向拉应力并形成微米级“波浪”缝隙；SiO₂球体把集中应力离散化，晶格常数沿膜厚恢复均匀，纳米缝隙高度由15 nm 压缩至<5 nm，界面断裂能提升10 倍。
- 缺陷机制：埋底界面富集Pb-I 反位、I 空位与A 位空位，成为非辐射复合中心；4F-PEACl 的-NH₃⁺与缺陷形成路易斯酸碱键，氟原子再与SiO₂羟基氢键锁定，分子在DMF 溶剂冲刷下保留率>90%。
器件性能：
- 小面积电池（0.049 cm²）：反向扫描效率26.0%，上海微系统所第三方认证25.7%。
- 20.25 cm² 刚性模组：效率22.5%，稳态输出22.3%；柔性模组效率为21.1%，经SIMIT 认证 20.02%，为当前柔性刮涂模组最高纪录；
- 65.4 cm² 刚性模组：反向扫描效率20.8%。
- 大面积804 cm² 模组：效率为20.2%。
稳定性：
- ISOS-L-1（100 mW cm⁻²，25 °C，N₂）：2000 h几乎无衰减，参比T80约1050 h。
- ISOS-L-2（100 mW cm⁻²，65 °C，N₂）：1300 h后 BIPN 模组维持 96%，对照样 500 h 跌至10%。
- ISOS-D-3（85 °C/85 %RH）：600 h柔性模组保留~90%，对照样跌至 16.7%。
图文信息
图1 机制示意图与埋藏几何形貌。
图2 埋藏界面的机械强度及BIPN结构的化学相互作用。
图3 薄膜的光物理特性与小面积钙钛矿器件的光伏性能。
图4 大面积薄膜均匀性及迷你组件的光伏性能。
图5 器件（小面积与迷你组件）的稳定性及退化机制
总之，作者等人首次揭示了刮涂钙钛矿薄膜底面与基底之间存在微观几何尺度的纳米间隙。为抑制由此引发的界面剥离并实现高效钝化，设计了一种多功能埋入式集成钝化纳米结构（BIPN）。该纳米结构在退火过程中可释放应力，减小埋底表面间隙，并增强薄膜与基底间的接触；锚定于纳米结构表面的钝化分子利用增大的比表面积，有效钝化底部缺陷，从而提升底面质量。这一协同策略显著提高了钙钛矿底层的机械与化学稳定性，使刮涂反式钙钛矿电池的光电转换效率达到26%，并在25 °C、1 sun ISOS-L-1条件下连续工作2200 h无衰减。在20.25 cm²面积上，刚性微型组件效率达22.5%，柔性微型组件达21.1%；其中刚性组件在ISOS-L-1协议下2000 h无衰减，在ISOS-L-2协议（1 sun，65 °C）下T96达1300 h，且通过85 °C/85% RH damp-heat测试T90为600 h。此外，有效面积达804 cm²的子组件实现了20.2%的高效率，为钙钛矿光伏技术的实用化奠定了基础。
器件制备
器件结构：
ITO/SAM/PVSK/EDAI₂/C60/SnO2/Cu
1.洗干净的ITO玻璃，臭氧15 min，1 mmol L⁻¹ Me-4PACz IPA，10 mm s⁻¹ 刮涂，100℃退火5 min；
2. 1.8 M Cs₀.₀₅FA₀.₉₅PbI₃（CsI:FAI:PbI₂摩尔比=0.05:0.95:1）溶于 DMF/DMSO/NMP（体积比 8:1:1）混合溶剂，并额外添加30 mol % MACl（相对于Pb），25℃搅拌2 h，0.22 µm PTFE过滤，刀头间隙 200 μm，速度 12 mm s⁻¹，N₂ 刀 60 psi刮涂，100 °C热台预退火 1 min+ 120 °C结晶退火15 min（40–50 % RH）；
3. 0.5 mg mL⁻¹ EDAI₂ IPA，8 mm s⁻¹，200 μm 间隙，100 °C退火2 min；
4. 蒸镀20 nm C60；
5. ALD 20 nm SnO2;
6. 蒸镀100 nm Cu。
模组：
6×6 cm 激光刻线 ITO 基板，P1 划刻 1064 nm 激光（50 μm 线宽，70 μJ，200 kHz，500 mm s⁻¹；PET 基板 30 μJ）。P2/P3 采用 532 nm 激光（20 ns，24–26 μJ，200 kHz，500 mm s⁻¹）。P2 后 ALD-SnO₂ 共形扩散阻挡层（CDB，~10 nm，100 cycles）。最终热蒸发 Cu 250 nm（1.0 Å s⁻¹）完成互连。
文章信息
Wen et al., Buried heterointerface reinforcement with passivation-integrated nanostructures for efficient and stable perovskite solar modules,Joule (2025), https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.102212
DOI:10.1016/j.joule.2025.102212
索比光伏网 https://news.solarbe.com/202511/19/50012892.html
