KHP钝化埋底界面实现高效稳定钙钛矿太阳能电池

氧化锡（SnO2）是钙钛矿太阳能电池（PSCs）中极具潜力的电子传输层（ETL）材料，但其溶液法制备的薄膜常存在固有缺陷，易导致非辐射复合，限制器件性能并阻碍商业化应用。引入添加剂是降低ETL缺陷、提升载流子传输性能的有效策略，而深入理解其在埋底界面处的具体作用机制，对材料理性设计尤为关键。

近日，中国科学院上海高等研究院光源科学中心研究人员成功将邻苯二甲酸氢钾（KHP）作为多功能添加剂引入SnO₂电子传输层，以同步改变ETL性质和SnO₂/钙钛矿埋底界面。相关研究成果以 “Passivation Engineering at Buried Interface Enables Efficient and Stable Perovskite Solar Cells” 为题，发表在期刊Chemical Engineering Journal上。

研究发现，KHP中的羧基与SnO₂配位，有效抑制了缺陷态的形成，优化了能级排列，并提高了电导率和载流子传输能力。此外，KHP在ETL中均匀分布，并在热退火过程中逐渐扩散至埋底界面和钙钛矿层，进一步与未配位的Pb²⁺离子配位，降低钙钛矿的表面及体相缺陷密度，缓解薄膜内部应力。经KHP改性后的钙钛矿器件的开路电压（V_OC）和填充因子（FF）得到显著提升，功率转换效率（PCE）从23.0%提高到25.7%（活性面积0.08 cm²），同时器件的热稳定性和光稳定性得到显著增强。

图₁ (a)SnO2和SnO2- KHP胶体的DLS图；(b)ITO/SnO2和SnO2- KHP /Ag结构器件的暗态I-V特性曲线；(c-d）钙钛矿太阳能电池效率图

本研究提出了一种简单、低成本的掺杂策略，通过协同抑制缺陷与提升载流子传输能力，成功制备出高性能钙钛矿太阳能电池。该策略为钙钛矿光伏ETL的改性设计提供了新思路。本研究的第一作者是上海应用物理研究所博士生梁振烨，通讯作者为复旦大学杨迎国教授、中国科学院上海高等研究院田晨工程师、冀晓霏助理研究员与李丽娜研究员。该工作得到了中国科学院上海高等研究院二氧化碳光子科学建制化研究中心、国家自然科学基金、上海市科技创新行动计划、上海市自然科学基金、中国科学院中央级科研事业单位改善科研条件专项-科研装备项目以及上海市市级科技重大专项的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.171142

参考消息来源：中国科学院上海高等研究院