近年来，随着研究的深入，n-i-p结构钙钛矿太阳能电池（PSC）在热、空气和湿度环境下的操作稳定性已经获得显著提升。然而，在持续光照和电压偏置条件下出现的性能衰减问题，仍然是阻碍其商业化应用的关键挑战。研究表明，这一现象主要源于钙钛矿薄膜中可移动离子引发的离子迁移和自加速化学降解过程。 针对这一关键科学问题，北京理工大学魏静副教授团队联合斯德哥尔摩大学Stefaan De Wolf教授、深圳现象光伏科技有限公司研发专家王建涛以及河南省科学院材料研究所张国赏研究员团队，创新性地开发出一种基于2-吡啶甲醛肟（PO）分子的能级调控策略。研究人员将这种具有显著吸电子特性的配体作为添加剂引入FAPbI3体系，成功将器件效率提升至26.13%，同时在氮气环境中经过1000小时标准太阳光照射下的最大功率点（MPP）追踪测试后，性能保持率达到88%以上。 【机制解析】 PO分子通过三重协同作用实现对钙钛矿材料的多尺度调控。PO分子中的肟基（-NOH）与Pb-I框架通过氢键形成定向结合，同时吡啶环与Pb2+产生强配位作用，这种双中心锚定机制不仅增强了分子与晶格的结合能，还通过吸电子效应显著提高了材料的电离能，有效抑制了碘离子的氧化过程。此外，肟基的氧原子和吡啶氮原子协同作用，形成了独特的双位点缺陷钝化网络，显著降低了界面缺陷态密度。
【能级优化】 PO分子通过动态结晶调控实现精准能级工程。在薄膜生长阶段，PO优先与PbI2配位，促进其与有机盐的完全反应，大幅降低残留PbI2含量。这种化学调控直接导致：1）薄膜费米能级下移0.25 eV，实现n⁻型掺杂转变；2）界面处形成更优的Ec能级偏移。这一优化改善了ETL/钙钛矿界面的载流子的分离效率，并实现了器件空穴与电子传输的平衡。 【器件性能】 优化后的器件展现出显著的开路电压（1.176 V→1.194 V）和填充因子（79.8%→84.3%）提升，器件效率达到26.13%。这归因于载流子提取和传输效率的提高，体现了能级调控在提高器件性能中的重要性。 【稳定性分析】 稳定性测试展现出PO处理的显著优势：在1个太阳光持续照射和最大功率点跟踪（MPP）条件下，未封装器件在工作1000小时后保持了初始88%的效率，而对照组在600小时后就衰减到了56%初始效率。原位光学显微镜观测和TOF-SIMS分析分别证实了其对薄膜降解和离子迁移的抑制作用。对具有叉指电极的平面器件施加80 V高偏压，同时通过原位光学显微镜监测光学演化，表明PO可以显著抑制钙钛矿薄膜降解。飞行时间二次离子质谱分析也证明了PO分子对离子迁移的抑制能力。 该工作为钙钛矿能级调控提供了新的见解，并指导了最佳配体候选物的筛选，为实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了新思路。相关工作发表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。 论文信息 Energetics Modulation for Efficient and Stable n–i–p Perovskite Solar Cells Heng Liu, Qiongqiong Lu, Yihan Zhang, Min Li, Jiantao Wang, Suyang Sun, Yao Zhang, Haoqing Zhang, Jia Liu, Pengfei Yue, Zhiyuan Zhu, Yu Chen, Fangze Liu, Guoshang Zhang, Stefaan De Wolf, Jing Wei Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202502117
