综述：钙钛矿与电子传输层上界面工程用于高效稳定倒置钙钛矿太阳能电池

《Advanced Materials》：Upper Interface Engineering Between Perovskite and Electron Transport Layer Toward Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells

本综述系统剖析了倒置（p-i-n）钙钛矿太阳能电池（PSCs）中钙钛矿/电子传输层（ETL）上界面的关键挑战与改性策略。文章聚焦该界面如何制约电子提取效率、离子迁移及非辐射复合，从而影响开路电压（Voc）和填充因子（FF），并深入探讨了铵盐、有机分子、聚合物和无机材料四类改性材料如何优化电荷传输、抑制离子迁移及增强界面稳定性，为推进高性能倒置PSCs的商业化提供了重要见解。

　　

Abstract

倒置（p-i-n）钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其卓越的稳定性和与叠层电池的兼容性而成为一种前景广阔的光伏技术。然而，其性能受到钙钛矿/电子传输层（ETL）上界面的严重制约。该界面主导着电子提取效率、离子迁移和非辐射复合过程，直接影响开路电压（V_oc）和填充因子（FF）。此外，界面缺陷、能级失配以及该结处的化学不稳定性常常导致迟滞现象和性能衰减，阻碍了其商业化进程。

界面挑战与改性策略分类

这篇综述通过材料分类方法，系统性地审视了界面改性策略，主要分为四类：铵盐、有机分子、聚合物和无机材料。这些材料被设计用于精确调控界面特性。铵盐类材料通常通过形成稳定的界面偶极层来优化能级排列，同时其铵阳离子能够有效钝化钙钛矿表面的卤素空位缺陷。有机分子则凭借其可定制的分子结构和官能团，能够同时实现能级调控和缺陷钝化，例如含有羧基或膦酸基的分子可以与钙钛矿表面形成强相互作用。聚合物材料以其优异的成膜性和机械韧性见长，能够在界面处形成物理屏障，有效抑制离子迁移和界面降解。无机材料，如金属氧化物或盐类，则提供了卓越的化学稳定性和高载流子迁移率，有助于构建坚固且高效的电子提取界面。

结构-性能关系与界面现象表征

文章深入探讨了这些材料如何优化电荷传输、抑制离子迁移和增强界面粘附性之间的结构-性能关系。例如，具有共轭骨架的有机分子有利于电子的横向传输，减少界面复合损失；而交联的聚合物网络则能物理阻挡钙钛矿中卤素离子的迁移，从而提升器件的长期稳定性。为了深入理解这些界面现象，综述总结了一系列关键的表征技术。瞬态吸收光谱和飞秒荧光上转换技术可用于探测超快界面电荷转移动力学；开尔文探针力显微镜能够直观地测量界面处的能带弯曲和电荷积累；二次离子质谱则可以追踪离子在界面处的迁移轨迹。这些表征手段为验证界面改性策略的有效性提供了强有力的实验证据。

挑战与机遇

尽管上界面工程已取得显著进展，但该领域仍面临诸多挑战和机遇。挑战在于如何设计出能同时满足高电导率、卓越缺陷钝化能力、优异环境稳定性和与大面积制备工艺兼容的理想界面层。此外，对界面处的离子迁移、相分离等动态过程的原位实时观测仍需进一步发展。机遇则在于通过机器学习辅助筛选新型界面材料，以及开发多功能复合界面层，实现“一材多用”。最终，对上界面的精准调控被视为实现商业化可行、高性能倒置钙钛矿太阳能电池的下一个前沿阵地。