Angew. Chem. ：双边钝化化学桥埋底界面工程助力实现高效率倒置钙钛矿太阳能电池及模组

倒置钙钛矿太阳电池具有高效率和低成本的优势，展现了巨大的发展潜力，已成为第三代太阳能光伏技术的研究热点。然而，当前单节钙钛矿太阳电池的效率仍未达到肖克利-奎瑟尔（S-Q）理论极限，其内部界面处的载流子复合损失是限制性能进一步提高的关键因素。钙钛矿上界面的后处理已成为制备高效钙钛矿太阳电池不可或缺的环节，然而与上界面相比，埋底界面对电池性能影响更为关键，它直接影响钙钛矿的结晶和界面电荷传输。针对埋底界面的问题，研究人员多聚焦于单一界面层，仍然缺乏对埋底界面上下层的双向协同调控，而这种协同调控对于改善界面接触、消除界面电荷积累和提高器件效率/稳定性至关重要。

鉴于此，近日，西北工业大学材料学院的陈睿豪教授&王洪强教授团队发展了一种有效的双边化学桥埋底界面工程钝化策略。他们通过在空穴传输层NiOx和钙钛矿之间引入含硫的苯并咪唑有机小分子，构建Ni-S-Pb双向钝化分子桥，对埋底界面进行双向调控，从而实现了高效的倒置钙钛矿太阳能电池及模组。

研究结果表明，NCS分子修饰不仅增加了NiOx空穴层的导电性，而且优化了钙钛矿与氧化镍层之间的界面能级，同时对NiOx/钙钛矿埋底界面的剥离直观研究表明，NCS分子修饰显著减少了针孔和残留的PbI₂的形成，使得钙钛矿的形貌更加平整，以此改善界面的接触。

此外，PL/TRPL光谱证明NCS引入NiOx/钙钛矿埋底界面有效地钝化了钙钛矿薄膜中的缺陷，从而提高载流子寿命，这也进一步证明分子修饰NiOx/钙钛矿的埋底界面有助于增强电荷的传输和薄膜的缺陷钝化。

结合系统的DFT理论模拟计算，作者发现NCS在钙钛矿层和氧化镍层之间形成的Ni-S-Pb通道有助于电荷传输，加速了空穴的提取和传输，同时也证明了NCS的在氧化镍和钙钛矿之间的双边桥连钝化策略。

最终，经过NCS修饰的倒置PSC实现了超过25.05%的器件效率，填充因子高达86.24%，实现了基于NiOx空穴传输层的的倒置PSCs中最高值之一。同时，18 cm²模组也获得了的21.16%的效率。在光照条件下，基于NCS 的器件在1700小时内仍能保持了约90%的初始效率，稳定性显著提升。

该工作为构建高性能的钙钛矿太阳能电池及组件提供了一种新的界面钝化策略，同时也提高了一种新的界面分子设计合成策略。

论文信息

Bilateral Chemical Linking at NiOx Buried Interface Enables Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells and Modules

Yang Yang, Prof. Ruihao Chen, Jiandong Wu, Zhiyuan Dai, Chuanyao Luo, Zhiyu Fang, Shuyuan Wan, Prof. Lingfeng Chao, Prof. Zhe Liu, Prof. Hongqiang Wang

文章的第一作者是西北工业大学的博士研究生杨阳。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202409689