基于PCNI2-BTI和无机界面层的钙钛矿太阳能电池电荷传输与能级调控理论突破

研究人员针对钙钛矿太阳能电池(PSCs)中电子传输材料(ETMs)的关键作用展开理论探索，创新性地采用氰基功能化联噻吩酰亚胺衍生物聚合物PCNI2-BTI作为非富勒烯ETM，结合IGZO/WS2/ZnO界面工程策略，系统研究了四种钙钛矿吸收层(FAPbI3/MAPbI3/CsPbI3/三阳离子)与不同空穴传输层(HTLs)的匹配特性。理论模拟获得FAPbI3器件30.46%的转换效率(PCE)，并在无铅钙钛矿FASnI3中实现20.31%的PCE，为高性能可持续光伏器件开发提供新思路。

　　

这项理论研究发现，在钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSCs)的n-i-p结构中，采用新型氰基功能化联噻吩酰亚胺衍生物聚合物PCNI2-BTI作为电子传输层(ETM)，展现出卓越的性能调控潜力。研究团队通过量子力学计算系统比较了该材料与四种典型钙钛矿吸收层(FAPbI₃、MAPbI₃、CsPbI₃及三阳离子钙钛矿)的协同效应，并创新性地引入氧化铟镓锌(IGZO)、二硫化钨(WS₂)和氧化锌(ZnO)界面层进行能带工程调控。

计算模拟揭示，这种界面修饰策略显著改善了电荷选择性传输和能级对齐效果，使FAPbI₃基器件的理论光电转换效率(PCE)突破至30.46%的惊人水平。更有趣的是，当将该体系拓展至环保型无铅钙钛矿FASnI₃时，仍能保持20.31%的优异效率，证明PCNI2-BTI材料具有普适性的电子传输能力。这项研究为开发高效稳定的新型光伏器件提供了重要的理论指导和材料设计思路。