谷氨酸界面修饰SnO2提升碳基钙钛矿太阳能电池性能的机理研究

针对钙钛矿太阳能电池(PSCs)界面缺陷导致效率下降的问题，研究人员通过谷氨酸(Glu)修饰SnO2电子传输层(ETL)，实现双功能界面钝化。Glu分子通过-NH2/-COOH与SnO2和钙钛矿形成配位键，降低非辐射复合，使器件效率达16.87%，湿度环境下720小时保持94.14%初始效率，为PSCs商业化提供新策略。

　　

钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其26.7%的认证效率被视为光伏领域的新星，但界面缺陷导致的稳定性问题犹如"阿喀琉斯之踵"，严重阻碍其商业化进程。特别是在电子传输层(ETL)与钙钛矿活性层的界面处，氧空位和悬挂键成为载流子传输的"路障"，引发非辐射复合，导致光电转换效率(PCE)断崖式下跌。面对这一挑战，延安大学的研究团队在《Materials Today Energy》发表创新成果，通过谷氨酸(Glu)分子桥接SnO₂/钙钛矿界面，犹如在两者之间架设"分子高速公路"，实现了效率与稳定性的双重突破。

研究采用界面工程策略，通过旋涂Glu水溶液构建嵌入式修饰层，结合X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证界面化学键合，利用时间分辨荧光光谱(TRPL)分析载流子动力学，最终制备ITO/SnO₂/Glu/MAPbI₃/碳电极器件。

【Results and discussion】部分揭示：1) 理论计算显示Glu与SnO₂存在646.135 eV的强吸附能，其-NH₂和-COOH可同时与Sn⁴⁺和Pb²⁺配位，形成"双锚定"效应；2) 原子力显微镜(AFM)显示Glu修饰使钙钛矿晶粒尺寸均匀性提升47%，表面粗糙度降低至2.3 nm；3) 电化学阻抗谱(EIS)证实界面电荷转移电阻从128 Ω降至64 Ω，Voc从0.98 V提升至1.12 V；4) 未封装器件在30-40%湿度下展现"超乎寻常"的稳定性，衰减率仅为5.86%/720小时。

【Conclusion】部分强调：Glu分子通过双向配位作用重构了SnO₂/钙钛矿界面的能量景观，其多重官能团不仅钝化氧空位缺陷，更为钙钛矿结晶提供成核位点，使碳基PSCs在保持低成本优势的同时，效率突破16.87%。这项工作为开发兼具高效率、高稳定性和低成本的"三赢"型PSCs提供了普适性界面调控范式，特别适用于对湿度敏感的大规模溶液法制备工艺。论文通讯作者Qingbo Wei指出，该策略可延伸至其他氨基酸分子设计，为下一代钙钛矿光伏界面材料开发开辟新路径。