近日，西南交通大学化学学院周祚万教授指导博士研究生程伟在钙钛矿太阳能电池埋底界面调控方面的研究取得重要进展，相关研究成果发表在最近出版的国际能源材料顶刊《Advanced Energy Materials》上。程伟为第一作者，周祚万、前沿科学研究院黄鹏特聘研究员、巴斯克材料应用和纳米结构中心Shahzada Ahmad教授和电子科技大学刘晓东副教授为共同通信作者。
钙钛矿太阳能电池（PSCs）凭借高效率、低成本和可调光电性能成为光伏领域备受关注的研究热点。相关学术研究已取得了显著成就，但PSCs的运行稳定性，特别是在紫外线照射下的稳定性，仍然是阻碍其商业化进程的关键瓶颈。在n-i-p结构器件中，电子传输层（ETL）与钙钛矿层埋底界面的不稳定性是一个值得关注的问题。SnO2 ETL与钙钛矿层之间的界面存在氧空位和未配位Sn⁴⁺/Pb²⁺缺陷，导致电荷复合和界面应力积累，降低器件效率。同时SnO2 ETL中的氧空位在紫外光下易被活化，引发碘化物生成，加速器件降解。传统添加剂如草酸甲脒、盐酸脯氨酸和葡萄糖酸钠虽能改善性能，但在埋藏界面处的排列、固有毒性和复杂的合成过程等关键问题一直被忽视。因此，探索新型天然无毒材料，并在埋藏界面上构建稳定有序的界面桥，推动PSCs的实用化发展势在必行。
团队提出一种创新的双锚定分子桥接策略，利用天然无毒、生物相容且耐高温和紫外辐射的氨基酸衍生物Ectoine（Ec）协同减轻SnO2/钙钛矿界面缺陷和残余应力。实验研究结合基于第一性原理的密度泛函理论计算表明，羧基优先钝化SnO2中未配位的Sn4+缺陷和氧空位，而亚胺基与Pb2⁺建立了稳定的配位，钝化未配位的缺陷。双锚定分子桥接机制有助于残余应力释放，从而平滑晶界沟槽，可显著抑制非辐射复合。进一步研究显示，经Ec修饰的PSC实现了24.68%的光电转换效率（PCE）（对照组22.56%）。含有Ec的未封装PSC显示出更高的紫外线环境稳定性，在365 nm紫外线照射（50 mW cm-2）下130小时（相当于1412小时的太阳照射）后，仍能保留80.12%的初始PCE。
Ec修饰对SnO2分散性及光电性能的影响
Ec与SnO2和钙钛矿的相互作用与分子桥接机制
钙钛矿薄膜形貌与界面结构
钙钛矿薄膜应力和非辐射复合分析
原文信息和链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202501296
