NiOx/钙钛矿埋底界面共吸附策略实现高效反式钙钛矿太阳能电池

为解决NiOx基反式钙钛矿太阳能电池(PSCs)埋底界面缺陷导致的电压损失问题，广东工业大学团队创新性提出etidronic acid(EA)与MeO-4PACz共吸附策略。该研究通过双膦酸分子填补自组装单层(SAMs)空间位阻导致的空隙，同步提升NiOx导电性和钙钛矿结晶质量，最终实现24.71%的转换效率(PCE)和1.182V开路电压(Voc)，为界面工程提供新思路。

　　

在光伏技术领域，反式钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其卓越的光电性能和低温溶液加工优势备受瞩目。作为关键组件的NiO_x空穴传输层(HTL)虽具有能级匹配优势，却长期受困于表面未配位金属离子缺陷和本征导电性差等问题。更棘手的是，传统自组装单层(SAMs)修饰策略因咔唑端基的空间位阻效应，难以在NiO_x表面形成致密覆盖层，导致界面非辐射复合严重，最终造成显著的V_oc损失。这些瓶颈严重制约着器件效率突破26%的理论极限。

广东工业大学的研究团队在《Surfaces and Interfaces》发表的研究中，创新性地将医用骨吸收抑制剂etidronic acid(EA)引入MeO-4PACz修饰体系，构建双分子共吸附系统。通过飞秒超快光谱、X射线光电子能谱等技术验证，该策略不仅填补了SAMs分布不均形成的空隙，还通过EA的双膦酸结构同步钝化NiO_x和钙钛矿界面缺陷。最终实现PCE从20.92%到24.71%的显著提升，V_oc增幅达0.109V，为界面工程提供全新解决方案。

关键技术方法
研究采用溶液法制备NiO_x/MeO-4PACz+EA复合HTL，通过接触角测试证实界面能调控效果。利用瞬态吸收光谱(TA)解析载流子动力学，结合X射线衍射(XRD)分析钙钛矿结晶行为。器件性能通过太阳光模拟器AM1.5G标准测试，并采用外量子效率(EQE)验证光电转换特性。

Modified HTL
EA分子凭借双膦酸基团与NiO_x表面-OH形成P-O-Ni键，其分子构型能有效填充MeO-4PACz因空间位阻形成的空隙。接触角测试显示共吸附体系使表面能降低至38.6°，显著改善钙钛矿前驱体溶液浸润性。XPS证实EA的引入使Ni³⁺/Ni²⁺比例从1.26提升至1.53，表明界面氧化态调控效果。

载流子动力学优化
TA光谱显示共吸附体系使载流子提取时间从78.3ps缩短至52.4ps，界面复合寿命延长1.8倍。稳态荧光(PL)测试表明淬灭效率提升至91.7%，证实空穴提取能力增强。空间电荷限制电流(SCLC)测试测得陷阱密度降低1个数量级，达到3.2×10¹⁵ cm^-3。

器件性能突破
最优器件实现1.182V的V_oc和84.3%的填充因子(FF)，稳态输出效率达24.3%。对比对照组，共吸附器件在85°C热老化500小时后仍保持初始效率92%，未封装器件在N₂环境中储存1500小时效率衰减<10%。

该研究突破传统SAMs修饰的固有局限，通过分子共吸附策略实现"界面缺陷钝化-能级对齐-结晶调控"三重协同效应。Baihong Zheng和Hui Liu等研究者开创性地将医用分子EA移植到光伏领域，不仅为NiO_x基PSCs提供普适性界面优化方案，更启示跨学科材料应用的巨大潜力。这种无需复杂分子设计的简易策略，对推进钙钛矿光伏产业化进程具有重要实践意义。