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西工大王洪强AFM：PCE21.19%！氧气辅助化学反应助力高效CsPbI₃钙钛矿太阳能电池埋底界面优化

发表时间：2025-09-01 11:23

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主要内容

全无机CsPbI₃钙钛矿太阳能电池（PSCs）作为光伏领域**潜力的候选者，凭借其**的热稳定性和优异的光电特性，在单结和叠层太阳能电池领域备受关注。然而，过往研究表明，由于相结构不稳定，在潮湿环境下，其光电转换效率（PCE）在短短[X]小时内就可能衰减[X]%；同时，不良的界面电荷转移导致电荷复合严重，使得器件在稳定性测试中，经过[X]小时后性能大幅下降。这些问题严重限制了其光电转换效率和长期稳定性，进而阻碍了其在光伏应用中的进一步发展。

西北工业大学的王洪强教授、佟宇教授、王昆教授带领其团队为同时解决这些问题，采用2 -（1 - 环己烯基）乙胺（CHEA）对钙钛矿的埋底界面进行修饰。这一创新策略显著提升了环境空气条件下制备的倒置CsPbI₃ PSCs的光伏性能。

团队研究发现，在退火过程中，CHEA可能发生氧辅助化学反应（团队基于实验现象和相关理论推测出该反应机制，后续计划通过原位表征技术等更深入的研究来明确反应过程），形成活性中间体，随后这些中间体发生分子间缩合反应，从而形成包括C = O和N - H在内的多种官能团。这些官能团在空穴传输层PEDOT:PSS与钙钛矿之间构建起牢固的化学桥梁。

从微观层面来看，这一化学桥梁首先优化了PEDOT:PSS的结构和电子特性。原本PEDOT:PSS可能存在一些结构缺陷和电子传输不畅的问题，而化学桥梁的形成改善了其分子排列，提高了导电性。同时，它促进了上层CsPbI₃钙钛矿薄膜更快且缺陷更少的生长。在未修饰时，钙钛矿薄膜可能存在孔洞等缺陷，而修饰后，化学桥梁调控了结晶动力学，使得钙钛矿在环境空气中能够实现致密且无针孔的生长，显著减轻了环境湿气的不利影响。

从能级匹配角度，优化前空穴传输层与钙钛矿的能级存在较大偏移，导致电荷在界面处积累和复合。经过CHEA修饰后，能级匹配得到显著优化，具体表现为能级偏移从原来的[X] eV降低至[X] eV（若有相关数据可填写），极大地减少了电荷在界面处的复合概率，有利于电荷的有效传输。

上述微观层面的各项优化效果共同作用，从宏观上提升了器件性能。倒置CsPbI₃ PSCs实现了效率的显著提升，达到21.19%，并且在运行600小时后仍能保持98%以上的初始效率，稳定性显著增强。

西北工业大学王洪强教授、佟宇教授、王昆教授团队提出的这种埋底界面化学键合策略，为开发高性能IPSCs提供了一种新颖的分子工程途径，有望推动高效稳定单结和叠层光伏技术的发展。