反式（p-i-n）鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）由于低溫制備工藝和與串聯結構及柔性器件大規模制造的兼容性，成為下一代薄膜光伏技術的有力候選者。基于n型半導體特性的C60電子傳輸層（ETL）具有良好的穩定性、良好的密度和均勻性，目前已廣泛應用于高效且穩定的反式PSCs中。然而，鈣鈦礦/C60界面仍然存在接觸不良的問題，特別是在面積增大時，這些問題尤為突出。此外，該界面附近的少數載流子以及未完全鈍化的陷阱態會產生界面復合，影響器件的效率及其穩定性。
鑒于此，近日，西北工業大學材料學院的陳睿豪教授、王洪強教授以及南方科技大學夏海平教授等人開發了一系列碳龍金屬芳香族化合物來化學調節鈣鈦礦表面并優化鈣鈦礦/C60界面的接觸，器件實現了25.80%的效率和優異的工作穩定性。
研究結果表明，二碳龍-菲咯啉（DCP）的三苯基膦（PPh3+）通過強π-π堆積作用進一步作為“爪”捕捉C60層，并增強了與鈣鈦礦薄膜的相互作用力。DCP修飾的薄膜不僅修復鈣鈦礦表面的孔洞，減少非輻射復合，還能阻礙水、氧氣以及從銀電極遷移的金屬侵蝕，從而提高鈣鈦礦薄膜和器件的光伏性能。經過DCP修飾的鈣鈦礦薄膜淺能級缺陷有效減少，薄膜結晶質量明顯提高，同時載流子壽命明顯提升，這也進一步證明碳龍分子修飾鈣鈦礦/C60界面有助于增強電荷的傳輸和薄膜的缺陷鈍化。
最終，經過DCP修飾的反式PSCs實現了25.80%的高效率。未封裝器件在最大功率點跟蹤下，經過1400小時的光照測試，仍保持超過98%的初始值，并表現出卓越的熱穩定性，在85°C氮氣氣氛下經過2500小時后仍保持93%的初始效率。DCP修飾的模組在25.25 cm2的有效面積下達到了20.72%的高PCE。封裝器件在最大功率點跟蹤下，經過630小時的光照測試，仍保持超過98%的原始效率。
該工作為構建高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池及模組提供了一種新的界面分子調控策略，同時也提供了一種新的界面分子設計合成策略。
論文信息：
Bridged Carbolong Modulating Interfacial Charge Transfer Enhancement for High-Performance Inverted Perovskite Solar Cells
Angewandte Chemie International Edition https://doi.org/10.1002/anie.202420262
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