钴(II)硫氰酸盐修饰CuSCN/Au界面：结构接触与能级协同提升实现高效稳定钙钛矿太阳能电池

针对CuSCN基钙钛矿太阳能电池(PSCs)中CuSCN/金属电极界面降解导致的稳定性难题，研究人员通过引入超薄Co(SCN)2界面层构建改性空穴传输层(HTL)。该策略通过抑制Cu+歧化反应(Cu+ = Cu0 + Cu2+)、优化能级匹配和表面形貌，使器件效率提升至19.38%，并显著增强光照、湿热及热应力下的稳定性，为无机HTL基PSCs的界面工程提供新范式。

　　

钙钛矿太阳能电池(PSCs)近年来发展迅猛，但其商业化进程始终受制于稳定性瓶颈。其中，廉价且稳定的p型空穴传输材料铜硫氰酸亚铜(CuSCN)虽具有高迁移率和理想能级，却在CuSCN/金电极界面易发生Cu⁺自歧化反应(Cu⁺ = Cu⁰ + Cu²⁺)，导致器件性能快速衰减。更棘手的是，这一界面降解过程会因电场作用加速，而传统解决方案如还原氧化石墨烯(r-GO)仅能提升稳定性，难以同步优化电荷传输效率。

针对这一关键科学问题，桂林理工大学的研究团队创新性地提出"双界面钝化"策略：在CuSCN与金电极之间插入超薄钴硫氰酸盐(Co(SCN)₂)界面层。这一设计灵感源于Co(SCN)₂独特的材料特性——热稳定性优异(通过热重分析证实)、与CuSCN晶格匹配度高(XRD证明无相变)，且其硫氰酸根基团能有效调控界面能级。配合底层PMMA/SnO₂-CoCl₂的界面优化，构建出ITO/SnO₂-CoCl₂/(FAMA)Pb(IBr)₃/PMMA/CuSCN/Co(SCN)₂/Au的器件结构，相关成果发表在《Surfaces and Interfaces》。

研究团队采用溶液法制备Co(SCN)₂界面层，通过原子力显微镜(AFM)表征表面形貌，紫外光电子能谱(UPS)分析能级结构，结合电化学阻抗谱(EIS)和空间电荷限制电流(SCLC)测试评估电荷传输性能。稳定性测试涵盖持续光照(AM1.5G)、85℃热老化及85%湿度环境下的性能监测。

【Results & Discussion】部分揭示：

1. 表面形貌调控：AFM显示Co(SCN)₂使CuSCN表面粗糙度降低46%，形成更致密的界面接触，减少电荷复合位点。
2. 能级协同效应：UPS证实Co(SCN)₂将CuSCN价带顶从-5.3 eV提升至-5.1 eV，与金电极形成阶梯式能级排列，空穴提取势垒降低0.15 eV。
3. 反应抑制机制：X射线光电子能谱(XPS)证实Co(SCN)₂阻断了Cu-Au合金化过程，Cu²⁺特征峰强度减少82%，从根本上抑制了Cu⁺歧化反应。
4. 性能突破：优化后的器件实现19.38%的功率转换效率(PCE)，是无机HTL基PSCs的最高值之一。在最大功率点跟踪(MPPT)下连续工作500小时仍保持92%初始效率，湿热稳定性较对照组提升3倍。

【Conclusions】部分强调：该研究通过分子层面的界面设计，首次实现CuSCN基PSCs中结构接触与能级排列的协同优化。Co(SCN)₂的引入不仅解决了长期困扰领域的界面降解难题，其"钝化-传输"双功能特性更为其他无机HTL材料的界面工程提供普适性策略。特别值得注意的是，这种全溶液法制备的器件结构易于放大生产，对推动PSCs商业化具有重要实践意义。

研究同时指出，未来可通过理论计算进一步阐明Co(SCN)₂与CuSCN的界面键合机制，并探索其他过渡金属硫氰酸盐在有机-无机杂化界面中的应用潜力。这些发现不仅限于光伏领域，对发光二极管(LEDs)和光电探测器等涉及金属-半导体界面的器件均有借鉴价值。