分子界面调控晶粒与缺陷提升钙钛矿太阳能电池效率的突破性研究

为解决钙钛矿太阳能电池(PSCs)中电子传输层(TiO2 ETL)和α-FAPbI3 钙钛矿层的深能级缺陷问题，研究人员创新性地采用高偶极矩两性离子化合物ACES作为界面层。通过-SO3 ? 和-NH3 + 基团的双重化学作用，显著降低缺陷态密度并调控功函数，最终实现24.50%的光电转换效率(PCE)及1800小时95%的稳定性，为界面工程提供了新范式。

　　

在可再生能源领域，钙钛矿太阳能电池(PSCs)以其26.10%的认证效率成为光伏技术的新星，但电子传输层(ETL)缺陷和钙钛矿相不稳定性仍是商业化瓶颈。传统TiO₂
ETL存在紫外光降解和表面陷阱态问题，而明星材料α-FAPbI₃
虽具理想带隙(1.43-1.48 eV)，却易发生α→δ相变。Konkuk大学的研究团队在《Materials Today Energy》发表的研究，通过分子界面工程实现了双重突破。

研究采用密度泛函理论(DFT)、紫外光电子能谱(UPS)、时间分辨荧光光谱(TRPL)等关键技术，结合介孔TiO₂
/ACES/FAPbI₃
器件的制备与表征。通过41.06 Debye高偶极矩的两性离子ACES构建"分子桥"，其-SO₃
^?
端键合TiO₂
氧空位，-NH₃
⁺
端钝化钙钛矿铅悬挂键，同步降低ETL和钙钛矿的缺陷密度。

【Results and discussion】部分揭示：1) DFT计算的静电势(ESP)显示ACES电荷分离特性，-SO₃
^?
至-NH₃
⁺
形成内建电场；2) UPS证实ACES使TiO₂
功函数从4.07降至3.82 eV，优化能级对齐；3) 荧光寿命从78.6 ns提升至112.4 ns，表明非辐射复合抑制；4) 原子力显微镜(AFM)显示FAPbI₃
晶粒尺寸增大47%，边界缺陷减少。

【Conclusion】强调ACES界面层通过三重机制发挥作用：化学钝化消除深能级缺陷、偶极矩调控电荷传输动力学、晶界工程增强相稳定性。最终器件在15±5°C/15±5%RH环境下实现24.50%的PCE和1800小时95%的稳定性，为介观结构PSCs的界面设计提供了新思路。该研究将分子工程与器件物理相结合，标志着钙钛矿光伏从材料优化向界面精密调控的重要转变。