磺酰胺界面修饰实现高效稳定钙钛矿太阳能电池的突破性研究

针对SnO2电子传输层（ETL）与钙钛矿界面缺陷和能级失配问题，研究人员通过引入对羟基苯磺酰胺（PCBS）修饰埋底界面，实现-OH/Sn4+和Pb2+缺陷协同钝化，优化能级排列。该策略使器件效率（PCE）提升至21.47%，未封装器件在N2环境中1440小时后仍保持93.9%初始性能，为钙钛矿太阳能电池（PSCs）商业化提供新思路。

　　

钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells, PSCs）因其溶液加工便捷性和卓越光电性能成为新能源领域的研究热点，但SnO₂电子传输层（ETL）与钙钛矿界面的缺陷和能级失配问题严重制约器件效率与稳定性。四川科技计划等项目支持的研究团队创新性采用对羟基苯磺酰胺（PCBS）修饰SnO₂/钙钛矿埋底界面，通过分子基团协同作用实现界面性能突破。

研究团队运用X射线光电子能谱（XPS）分析化学键合机制，结合接触角测试和紫外光电子能谱（UPS）表征界面能级变化，并通过稳态/瞬态荧光光谱评估非辐射复合抑制效果。

Results and discussion

1. 界面相互作用验证：XPS显示PCBS的-COOH与SnO₂表面-OH结合，S=O键合Sn⁴⁺，而-NH₂钝化钙钛矿中Pb²⁺缺陷，Sn 3d和Pb 4f峰位移证实化学键形成。
2. 薄膜质量提升：PCBS修饰使SnO₂接触角从35°增至72°，促进钙钛矿大晶粒生长，荧光寿命从128 ns延长至215 ns。
3. 能级优化：UPS表明PCBS将SnO₂导带从-4.01 eV调整为-3.89 eV，与钙钛矿（-3.93 eV）形成梯度能级，电子提取势垒降低0.12 eV。
4. 器件性能突破：冠军器件PCE达21.47%（对照组18.86%），Voc提升至1.18 V，FF达81.2%。湿度稳定性测试显示PCBS组240小时后保留70.4%效率。

Conclusions
该研究通过PCBS分子桥接策略实现SnO₂/钙钛矿界面的三重功能化：化学钝化（-OH/Sn⁴⁺/Pb²⁺）、能级梯度设计和结晶调控。其创新性在于同时解决界面缺陷、载流子复合和湿度敏感性三大瓶颈，为PSCs工业化提供了可扩展的界面工程方案。论文发表于《Organic Electronics》，通讯作者Hanyu Wang强调该修饰工艺与现有旋涂技术兼容，具有产业化应用潜力。