西安交大科研团队在钙钛矿太阳能电池领域取得进展

在全球能源转型的关键时期，钙钛矿太阳能电池以其26.7%的认证效率成为最具潜力的新一代光伏技术，然而，其产业化进程受困于模组器件效率低，寿命短的瓶颈。n-i-p结构的太阳能电池中，SnO₂是常用的电子传输层（ETL）材料，但其存在多种缺陷，如氧空位、悬挂羟基和未配位的Sn⁴⁺等，对载流子传输产生负面影响。SnO₂层缺陷还会诱导钙钛矿薄膜缺陷形成，进而影响其薄膜结晶形态和器件耐老化性能。SnO₂/钙钛矿界面的缺陷问题在大面积制备时会被进一步放大。如何“缝合”这一关键界面，是近年来大面积模组器件制备急于攻克的难点。

针对这一问题，西安交通大学化学学院王栋东教授联合电子科学与工程学院董化、吴朝新教授以及香港城市大学任广禹（Alex K.-Y. Jen）院士，提出双向化学键合“缝合”策略增强SnO₂/钙钛矿埋底界面稳定性的思路，发现天然L-瓜氨酸分子（CIT）分子中氨酸基团（-COOH、-NH₂）和脲基基团（-NH-CO-NH₂），对SnO₂和钙钛矿层具有差异化相互作用，利用这一特征，将L-瓜氨酸引入SnO₂电子传输层中，成功在SnO₂和钙钛矿间构建了一层稳固的“分子桥”。氨酸基团端（-COOH、-NH₂）通过强配位作用锚定SnO₂，钝化氧空位缺陷，提升了导电率和电子迁移率，优化能级排列；脲基基团（-NH-CO-NH₂）端通过弱配位键和氢键钝化钙钛矿中的Pb²⁺和I^–缺陷，抑制非光学活性δ相和过量PbI₂生成。

这种“双向化学键分子桥”机制使活性面积为0.07065 cm²的小面积器件实现了25.95%的高效率。未封装器件在常温常湿环境中1000小时后保持初始效率94.85%。同时，在连续光照800小时后，仍保持90.47%的初始性能。在空气环境下采用无反溶剂狭缝涂布技术，制备出23.26cm²的微型组件（8子电池串联），效率可达22.70%，为当前报道的狭缝涂布工艺最高值之一。

上述研究成果近期以《L-瓜氨酸作为分子桥调节钙钛矿太阳能电池埋底界面以实现高效率和优异稳定性》(Employment of L-Citrulline as an Effective Molecular Bridge for Regulating the Buried Interface of Perovskite Solar Cells to Achieve High Efficiency and Good Stability)为题发表在国际化学领域权威期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie International Edition)上，西安交通大学化学学院为第一通讯单位。化学学院博士生郝超博和电子科学与工程学院博士生许若尧为本文共同第一作者，王栋东、董化、吴朝新教授和任广禹（Alex K.-Y. Jen）院士为通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（62375218, 62275213）及陕西省重点研发计划（2023-YBGY-301）的资助，论文的计算及测试表征得到了西安交通大学分析测试共享中心以及合肥先进计算中心和西安计算中心提供的支持。

王栋东，西安交通大学化学学院教授，博士生导师，主要从事有机发光材料、OLED器件物理和钙钛矿太阳能电池方面的研究工作。

原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202508169

课题组链接：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/ddwang