多齿配体修饰氧化铟锡电极实现高效稳定钙钛矿太阳能电池

为解决SnO2 纳米颗粒在ITO基底上分布不均导致的界面能量失序和电荷提取效率低下问题，西北工业大学团队开发了CDTA多齿配体修饰策略。该研究通过表面化学调控实现了无针孔SnO2 电子传输层（ETL）的均匀沉积，将ITO功函数（WF）从4.68 eV提升至4.12 eV，优化了能带对齐。最终获得24.67%的功率转换效率（PCE），器件在氮气环境下2000小时暗储存和500小时光照后分别保持91.3%和92.8%的初始性能，为钙钛矿太阳能电池（PSCs）的界面工程提供了新思路。

　　

在新能源技术快速发展的今天，钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）因其卓越的光电转换性能和低廉的制造成本成为研究热点。然而，作为关键组件的电子传输层（Electron Transport Layer, ETL）却面临严峻挑战——商用氧化锡（SnO₂
）纳米颗粒在水溶液中易团聚形成微米级聚集体，导致基底覆盖不均、界面能级失序，最终影响器件效率和稳定性。这一瓶颈问题严重制约着PSCs的商业化进程。

西北工业大学的研究团队独辟蹊径，从表面化学调控入手，开发出基于1,2-环己二胺四乙酸（CDTA）的界面工程策略。这项发表于《Journal of Energy Chemistry》的研究，通过金属螯合作用实现了从基底修饰到能带调控的全链条优化。研究采用紫外臭氧处理、开尔文探针力显微镜（KPFM）和同步辐射光电子能谱等技术，系统分析了界面特性与器件性能的构效关系。

Results and discussion
分子设计上，CDTA的四个羧酸基团可螯合ITO表面的Sn⁴⁺
位点（图1a），形成C=O:Sn⁴⁺
配位键。接触角测试显示CDTA修饰使ITO亲水性显著提升（图S1），为SnO₂
分散液提供理想润湿性。原子力显微镜（AFM）证实改性后的SnO₂
层粗糙度降低60%，实现2.1 nm的超平整表面（图2c）。X射线光电子能谱（XPS）中Sn 3d_5/2
峰向低能级偏移0.8 eV（图3b），证实配体修饰有效钝化了氧空位缺陷。

能带调控方面，KPFM测量显示CDTA将ITO功函数从4.68 eV降至4.12 eV（图4d），缩小了与SnO₂
导带（-4.5 eV）的能级差。紫外光电子能谱（UPS）证实界面偶极矩形成，促进电子从SnO₂
向ITO的高效传输。瞬态荧光光谱显示改性器件载流子寿命延长3倍（图5f），表明非辐射复合被有效抑制。

Conclusions
该研究开创性地将配位化学原理应用于光伏界面工程，CDTA修饰同时实现三大突破：通过螯合作用抑制SnO₂
团聚，获得无针孔ETL；通过能带调控建立梯度电子提取通道；通过缺陷钝化提升器件稳定性。最终制备的冠军器件获得24.67%的认证效率（稳态输出23.89%），在85°C热老化测试中表现出超越常规器件5倍的稳定性。

这项工作的科学价值在于：首次揭示多齿配体对氧化物电极表面化学的调控机制，建立"配体设计-界面特性-器件性能"的定量关系模型。产业意义上，CDTA水溶液处理工艺与现有卷对卷生产技术兼容，为PSCs的大规模制造提供了极具商业化前景的解决方案。