近日，我组杨栋研究员团队联合湖北大学吴聪聪教授团队在钙钛矿太阳能电池领域取得新进展，提出了一种通过分子桥接策略调控埋底界面以实现高效缺陷钝化和能级对齐的新方法。
钙钛矿材料因其优异的光电性能被认为是下一代太阳能电池的有力竞争者。当前，钙钛矿多晶薄膜在埋底界面处不可避免地产生缺陷聚集、晶格失配和能级错配，加剧非辐射复合并加速光热降解，制约钙钛矿太阳能电池实现高效率和长期稳定性。针对这一关键瓶颈问题，研究团队提出在电子传输层与钙钛矿层之间引入多功能分子桥接层，通过双位点化学键合实现界面性能的协同优化。
在本工作中，团队将4-氨基丁基膦酸（4-ABPA）引入SnO₂电子传输层表面，利用其膦酸基团与SnO₂形成稳定的P-O-Sn共价键，同时通过氨基与钙钛矿晶格中的Pb2+和I-发生静电相互作用，构建稳固的分子桥接结构。该分子桥接层不仅作为异相成核位点动态调控钙钛矿结晶过程，促进晶体择优取向生长，还有效缓解界面残余应力、抑制界面缺陷形成，并优化电子传输层与钙钛矿层之间的能级对齐。通过精确调控埋底界面的化学相互作用和结晶动力学，显著改善了钙钛矿薄膜的结晶质量和界面电荷传输性能，成功将电压损失降低至31 mV。在此基础上制备的n-i-p结构钙钛矿太阳能电池效率达到25.56%，且几乎无迟滞效应。将此策略拓展到p-i-n结构，器件效率进一步提升至26.45%。此外，钙钛矿太阳能电池表现出优异的长期运行稳定性，在最大功率点跟踪1440小时后仍可保持初始效率的83.91%，在环境条件下储存2600小时后仍保持91.59%。该工作建立了系统的埋底界面工程策略，为通过分子设计实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了可推广的方法，对推动钙钛矿太阳能电池的大规模生产具有重要意义。
相关研究成果以“Molecular Bridge Regulation of Buried Interface in Perovskite Solar Cells”为题，于近日发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。该工作的第一作者是我所DNL1606组联合培养博士研究生周泽铸。上述工作得到中国科学院B类先导科技专项、国家自然科学基金、湖北省重点研发计划等项目的资助。
