面向倒置钙钛矿太阳能电池埋入界面的NiOx/聚(V-p-TPD)/PFN-Br三层钝化结构设计与性能研究

针对倒置钙钛矿太阳能电池（IPSCs）埋入界面稳定性差、载流子复合严重等问题，中国科学院物理研究所团队创新性地构建了NiOx/poly(V-p-TPD)/PFN-Br三层钝化结构。通过原位热交联聚合HTL（poly(V-p-TPD））结合PFN-Br界面修饰，实现了空穴提取增强、钙钛矿晶粒尺寸增大（25.5%效率）及85°C下1080小时保持91.15%初始效率的突破性成果，为高效稳定IPSCs提供了新策略。

　　

在可再生能源领域，钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其惊人的效率提升速度成为明星材料。然而，倒置结构器件（IPSCs）的埋入界面问题始终是制约其发展的"阿喀琉斯之踵"——传统自组装单分子层（SAMs）存在热脱附风险，聚合物空穴传输材料（HTL）效率又难以匹敌。当器件在高温下工作时，界面缺陷会导致载流子严重复合，就像漏水的管道般不断损耗着光电转换效率。

针对这一挑战，中国科学院物理研究所（北京凝聚态物理国家实验室）的Qin Xinru团队在《Journal of Energy Chemistry》发表研究，创新性地设计了NiO_x/poly(V-p-TPD)/PFN-Br"三明治"式钝化结构。研究人员采用热交联法将V-p-TPD单体（N,N'-二对甲苯基-N,N'-双(4-乙烯基苯基)联苯二胺）原位聚合于NiO_x基底，再引入PFN-Br（聚[(9,9-双(3'-((N,N-二甲基)-N-乙基铵)丙基)-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)]二溴化物）作为修饰层，犹如为界面穿上"防弹衣"。

关键技术包括：1）热交联制备poly(V-p-TPD)薄膜；2）接触角测试评估界面润湿性；3）紫外光电子能谱（UPS）分析能级排列；4）空间电荷限制电流法（SCLC）量化缺陷密度；5）85°C加速老化实验验证热稳定性。

【Results and discussion】部分揭示：

1. 原位形成的poly(V-p-TPD)/NiO_x双分子层展现出优异的溶液浸润性（接触角从68°降至42°），促进钙钛矿形成毫米级大晶粒，应力释放使晶格畸变降低37%。
2. PFN-Br修饰使HTL的HOMO能级从-5.12 eV优化至-5.28 eV，与钙钛矿价带（-5.35 eV）形成"缓坡式"能级排列，开路电压（V_OC）提升至1.18 V。
3. 三线态钝化机制使界面缺陷密度降至2.1×10¹⁵ cm^-3，器件效率达25.5%（认证效率24.7%），85°C老化1080小时后效率保持率超91%。

该研究突破传统SAMs的局限性，通过"聚合物骨架强化+分子级钝化"的协同策略，为IPSCs界面工程提供新范式。特别是poly(V-p-TPD)的热交联特性使其适用于卷对卷大面积制备，而PFN-Br的铵基与铅空位配位机制为缺陷钝化开辟新思路。这项工作不仅推动PSCs产业化进程，其多层界面设计理念对有机光电器件同样具有借鉴意义。