协同界面分子设计：用于高性能且环保的钙钛矿太阳能电池

《RARE METALS》：Synergistic interfacial molecular design for high-performance and eco-friendly perovskite solar cells

钙钛矿太阳能电池通过引入4-氯苯基二氯磷酸实现多功能界面工程，有效钝化SnO?氧空位、调控晶粒生长并固定铅离子，使器件效率达25.25%，铅泄漏降低89%至30 ppb以下，并保持92%初始效率通过1000小时湿热老化测试。

　　

摘要

钙钛矿太阳能电池（PSCs）的商业化进程受到溶液处理多晶薄膜中固有缺陷的严重阻碍，这些缺陷会促进非辐射复合并加速材料退化。同时，设备故障时有毒铅（Pb）成分的潜在泄漏也会引发环境问题。本研究提出了一种多功能分子界面工程策略，通过引入4-氯苯基二氯磷酸酯（4-CP）来优化SnO₂电子传输层与钙钛矿界面。4-CP的三种功能协同作用实现了缺陷钝化、晶体生长调控以及铅离子的固定。由于电负性差异，4-CP中的磷酸基团通过强配位作用有效钝化了SnO₂表面的氧空位，而其疏水性苯环和C–Cl键则调控了钙钛矿晶粒的生长并固定了Pb²⁺离子。优化后的器件实现了25.25%的功率转换效率（PCE），同时稳定性也得到了提升。值得注意的是，4-CP的修饰使铅泄漏量减少了89%；4-CP改性器件中的Pb²⁺泄漏浓度低于30 ppb，远低于中国《地表水环境质量标准》（GB 3838–2002）规定的安全阈值（50 ppb）。此外，经过严格老化测试（25°C、85%相对湿度、1000小时）后，4-CP改性器件的初始PCE仍保持在92%，显示出卓越的运行稳定性。这种多功能界面工程方法为高性能、环保型钙钛矿太阳能电池的发展开辟了新的途径。

图形摘要

本研究介绍了一种合理设计的三功能分子（4-CP），它能够协同钝化SnO₂/钙钛矿界面缺陷、引导钙钛矿晶体生长并固定有毒的Pb²⁺离子，实现了25.25%的创纪录PCE以及89%的铅泄漏减少，同时还具备优异的热稳定性，从而重新定义了高性能、环保型钙钛矿太阳能电池的多功能分子工程。

钙钛矿太阳能电池（PSCs）的商业化进程受到溶液处理多晶薄膜中固有缺陷的严重阻碍，这些缺陷会促进非辐射复合并加速材料退化。同时，设备故障时有毒铅（Pb）成分的潜在泄漏也会引发环境问题。本研究提出了一种多功能分子界面工程策略，通过引入4-氯苯基二氯磷酸酯（4-CP）来优化SnO₂电子传输层与钙钛矿界面。4-CP的三种功能协同作用实现了缺陷钝化、晶体生长调控以及铅离子的固定。由于电负性差异，4-CP中的磷酸基团通过强配位作用有效钝化了SnO₂表面的氧空位，而其疏水性苯环和C–Cl键则调控了钙钛矿晶粒的生长并固定了Pb²⁺离子。优化后的器件实现了25.25%的功率转换效率（PCE），同时稳定性也得到了提升。值得注意的是，4-CP的修饰使铅泄漏量减少了89%；4-CP改性器件中的Pb²⁺泄漏浓度低于30 ppb，远低于中国《地表水环境质量标准》（GB 3838–2002）规定的安全阈值（50 ppb）。此外，经过严格老化测试（25°C、85%相对湿度、1000小时）后，4-CP改性器件的初始PCE仍保持在92%，显示出卓越的运行稳定性。这种多功能界面工程方法为高性能、环保型钙钛矿太阳能电池的发展开辟了新的途径。

图形摘要

本研究介绍了一种合理设计的三功能分子（4-CP），它能够协同钝化SnO₂/钙钛矿界面缺陷、引导钙钛矿晶体生长并固定有毒的Pb²⁺离子，实现了25.25%的创纪录PCE以及89%的铅泄漏减少，同时还具备优异的热稳定性，从而重新定义了高性能、环保型钙钛矿太阳能电池的多功能分子工程。