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周祚万教授和前沿科学研究院黄鹏研究员联合指导博士研究生程伟同学在钙钛矿太阳能电池电子传输层及埋底界面协同调控方面取得重要进展，相关研究成果以“Intra- and inter-layer molecular bridging within SnO2 and across the buried interface for durable perovskite solar cells”为题发表在纳米能源领域顶级学术期刊《Nano Energy》（一区Top）上。博士生程伟为论文第一作者，导师周祚万教授和特聘研究员黄鹏博士为共同通信作者。
原文信息和链接：//doi.org/10.1016/j.nanoen.2026.112186
钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其高效率和低成本制备优势，被认为是最具产业化前景的新一代光伏技术之一。近年来，采用SnO2作为电子传输层（ETL）的n-i-p结构钙钛矿太阳能电池效率不断提升。然而，在持续光照特别是紫外光照射条件下，器件稳定性仍然是制约商业化应用的关键瓶颈。研究表明，SnO2层内部颗粒之间较弱的结合以及SnO2/钙钛矿界面处不足的化学耦合，会导致缺陷积累、载流子复合增强、超氧自由基生成以及界面分解等问题，最终引发器件性能衰退。因此，如何同时强化SnO2层内部连接以及埋界面相互作用，成为实现高效率和长寿命钙钛矿太阳能电池的重要研究方向。
前期，该团队报道了一种基于天然无毒氨基酸衍生物Ectoine（Ec）的双锚定分子桥接策略（Adv. Energy Mater. 2025, 15, 2501296.）。通过Ec分子的羧基优先钝化SnO2中未配位的Sn⁴⁺缺陷和氧空位，而亚胺基与Pb²⁺形成稳定的配位，从而在SnO2/钙钛矿界面构建稳固的分子桥。该双锚定分子桥接机制有效钝化界面缺陷、释放残余应力和平滑晶界沟槽，显著抑制非辐射复合，使器件光电转换效率达到24.68%，并表现出优异的抗紫外老化性能。在此基础上，本研究针对SnO2层内部颗粒之间较弱的结合以及SnO2/钙钛矿界面耦合不足协同制约器件效率和稳定性的关键问题，该团队进一步创新性提出了层内-层间双重分子桥接策略，利用1,2,4-丁烷三羧酸（BTC）同时增强SnO2层内部颗粒间的结合力和SnO2/钙钛矿界面的耦合作用，显著提升了器件的效率和稳定性。具体而言，BTC分子的2位和1,4位羧基能够与Sn⁴⁺配位，从而强化SnO2层内纳米颗粒之间的连接。与此同时，BTC还能在SnO2表面的Sn⁴⁺与钙钛矿中的Pb²⁺之间形成稳定的配位键，构筑强界面配位相互作用。更重要的是，BTC诱导形成的强电子耦合构建了高效的埋界面电荷传输通道，促进了电子的快速提取。此外，层内与层间协同桥接效应有效降低了缺陷密度，优化了能级匹配，并缓解了钙钛矿薄膜的晶格应力。最终，BTC修饰的器件获得25.31%的光电转换效率，在65℃条件下进行最大功率点跟踪1000 h后，器件仍保持初始效率的91.46%。这些结果凸显了分子桥接在同时调控层内与层间相互作用方面的潜力，为开发稳定且高效的钙钛矿太阳能电池提供了一种有前景的策略。
图文展示
图1.（a）BTC分子结构。（b）BTC桥接SnO2层内及SnO2/钙钛矿界面示意图。（c）D2O溶剂中BTC与BTC-SnO2的¹³C NMR谱。（d）SnO2层内桥接吸附能。（e）DMSO-d6溶剂中BTC与BTC-PbI2的¹³C NMR谱。（f）钙钛矿层间桥接吸附能。（g）层内-层间分子桥接结构及（h）对应的差分电荷密度分布与Bader电荷转移值。
图2. （a，b）SnO2和BTC-SnO2的O 1s高分辨XPS谱。（c）Sn 3d高分辨XPS谱。（d，e）SnO2和BTC-SnO2的KPFM表面电势图。（f）表面电势统计分布。（g）SnO2/PVSK和BTC-SnO2/PVSK的能级排列示意图。（h）SnO2和BTC-SnO2的电导率、电子迁移率及缺陷密度。
图3. （a）钙钛矿薄膜旋涂与退火过程中的原位PL光谱。（b）钙钛矿薄膜底部表面SEM图像。（c）XRD谱。（d，e）钙钛矿薄膜的GIXRD。（f）2θ-sin²(ψ)线性拟合结果。
图4. （a）钙钛矿薄膜的PL光谱。（b）TRPL光谱。（c）PLQY。（d）器件的J-V曲线。（e）20个器件的PCE统计分布。（f）器件阻抗谱。（g）暗态J-V曲线。（h）VOC与光照强度的关系。（i）SQ极限的FF、理论分析FF及实验FF的对比。
图5. （a）紫外老化下钙钛矿薄膜在650 nm处的归一化吸收强度（插图为对应薄膜照片）。（b）紫外老化后钙钛矿薄膜底部表面的SEM图像。（c）紫外激光照射下钙钛矿薄膜原位PL谱。（d，e）紫外老化前后器件的tDOS谱。（f）器件紫外稳定性。（g）器件在MPPT测试及对应寿命线性外推结果。
