综述：解码钙钛矿太阳能电池中的埋底界面：核心问题、战略工程与高效稳定器件前景

本综述系统解析了钙钛矿太阳能电池（PSC）埋底界面的关键挑战与优化策略。文章深入探讨了界面缺陷、晶格应变、载流子动力学及化学反应等核心问题，重点分析了自组装单分子层（SAM）基器件和钙钛矿/硅叠层电池（P/S-TSC）中的界面工程难题，并提出了缺陷钝化、应变调控、载流子传输优化等针对性解决方案，为开发高效稳定PSC提供了重要理论依据和技术路径。

　　

埋底界面的核心挑战

钙钛矿太阳能电池（PSC）的光电转换效率已超过27%，但仍低于理论肖克利-奎瑟极限（>30%），且长期稳定性受界面问题严重制约。与暴露的顶界面相比，埋底界面直接决定钙钛矿的成核生长、晶体质量和缺陷分布，是初始电荷分离的主要场所，对载流子动力学和长期稳定性影响更为显著。埋底界面是一个包含缺陷、终止面、应变、载流子动力学和化学反应的复杂动态体系。

界面缺陷与钝化策略

埋底界面缺陷主要源于电荷传输层（CTL）和钙钛矿底表面的非理想状态。钙钛矿薄膜表面和晶界处易形成高浓度缺陷（约10¹⁵ cm^?3），其中深能级陷阱导致严重的非辐射复合，显著降低开路电压（V_oc）。金属氧化物CTL（如SnO₂、TiO₂、NiO_x）表面存在羟基、氧空位（V_O）和配位不饱和金属原子等缺陷态。有机钝化材料（如组胺二碘酸盐）通过杂原子（O、N、S）与欠配位Pb²⁺形成配位键（键能10-30 kcal/mol），稳定占据缺陷位点。无机钝化剂（如KCl、RbF）通过离子键和静电作用实现电荷补偿，K⁺扩散可同时钝化体相晶界。低维材料（MoS₂量子点）、金属有机框架（Eu-MOF）和富勒烯衍生物也被用于构建高效钝化层。

晶格应变调控

残余应变主要源于衬底与钙钛矿之间的热膨胀系数失配和晶格常数失配。张应变使PbI₆八面体扭曲，弱化Pb─I键，导致带隙增大、离子迁移激活能降低，加速材料降解。压应变则提高离子迁移激活能，增强稳定性。通过插入柔性间隔层（如聚苯乙烯、质子化胺硅烷偶联剂）可释放晶格应变。调整热膨胀系数失配（如十二烷基三甲基氯化铵层）和晶格匹配（WS₂/CsPbBr₃范德瓦尔斯异质结界面的晶格匹配）也是有效策略。

载流子动力学优化

埋底界面是电荷分离和提取的关键区域。能量级偏移约0.2 eV可确保CTL/钙钛矿界面高效电荷提取。SnO₂层掺杂（FAI、甲脒草酸盐）可调节能带位置，增强电子迁移率和表面电势。2D MBene插层诱导表面偶极矩，使SnO₂费米能级上移，减少界面能量损失。对于空穴传输层，PTAA表面修饰（2PACz、膦烯纳米带）可增强空穴迁移率，加速空穴提取。NiO_x界面处1D (CH₃)₃SPbI₃钙钛矿的形成优化了能级对齐，促进空穴提取。

界面化学反应抑制

CTL的化学性质会引发界面降解反应。NiO_x中Ni^≥3+离子氧化I^?生成I₂，同时CH₃NH₃⁺发生去质子化反应。Me-4PACz隔离层可有效抑制该反应。原子层沉积AlO_x覆盖层利用其酸性阻止去质子化反应。TiO₂在紫外光下催化钙钛矿降解，碘终止硅烷SAM、F_?掺杂和锐钛矿相调控可降低光催化活性。PEDOT:PSS的酸性组分与SnF₂反应加速锡基钙钛矿降解，氨水调节pH值可抑制该过程。

SAM基器件的界面工程

自组装单分子层（SAM）因其超薄有序结构成为倒置PSC的理想空穴传输材料，但存在分子聚集、基底覆盖不全、与极性溶液相互作用弱等问题。分子掺杂（3-巯基丙酸破坏2PACz簇）和共溶剂策略可抑制胶束形成。混合SAM（Me-4PACz/4,4′,4″-硝基三苯酸）通过π–π相互作用减少聚集，提高覆盖度。两亲性分子（MPA-CPA）形成双层结构，增强润湿性。针对锡基钙钛矿，设计含寡醚侧链的SAM（MBT、EBT、MEBT）可调节HOMO/LUMO能级，促进空穴提取并抑制Sn²⁺氧化。

P/S-TSC的纹理界面优化

钙钛矿/硅叠层电池（P/S-TSC）中，微米级金字塔纹理硅衬底导致溶液加工钙钛矿薄膜覆盖不均。蒸发-溶液混合法（先蒸发PbI₂/CsBr无机模板，后溶液处理有机盐）可实现共形生长。添加剂（4-氟苄基碘化铵、MA(Cl_0.5SCN_0.5)）调控结晶动力学，改善薄膜质量。动态喷涂技术结合氟化分子（CF₃-TEA）处理可实现均匀覆盖和相变抑制。超薄无晶粒氧化铟锌（IZO）中间层为SAM提供均匀表面势，苯并噻唑基SAM（β-NapPAPT）构建高度有序界面，优化能级对齐。

总结与展望

埋底界面工程是提升PSC性能和稳定性的关键。未来研究需发展原位表征技术（如操作X射线衍射、时间分辨光致发光）解析界面动态过程，设计多功能材料（晶格可调CTL、杂化插层），开发大面积沉积技术（动态喷涂、喷墨打印）解决纹理衬底覆盖问题，加强理论研究与实验验证的跨学科合作，最终推动PSC向商业化应用迈进。