目前，全球范围内能源产业发展的低碳化趋势逐渐形成，我国也提出了“碳达峰、碳中和”的宏伟发展战略，业界对于高效实用的新能源材料与器件的需求不断提升。太阳能电池作为清洁能源的主要代表之一，技术持续变革。其中，钙钛矿太阳电池（PSCs）因其优异的光电效应，成为近十年来新型光伏技术的研究焦点。反式（p-i-n） PSCs具有低伏安迟滞效应，且可以很好地适配晶硅和铜铟镓硒（CIGS）等光吸收材料制备面向产业化的叠层太阳电池，引起了学界的广泛关注。然而，在单结反式太阳能电池中，载流子传输层（CTL）中存在的大量面/体缺陷，以及钙钛矿同CTL之间的能级匹配错位给制备高效稳定的反式PSCs带来了极大的困难。因此，反式器件的能量转换效率仍低于传统的正式（n-i-p）结构器件。为了解决上述问题，改善钙钛矿和CTL之间的电荷传输效率至关重要。早期的PSCs研究更偏重于处理钙钛矿结晶过程中产生的本体缺陷，对于CTL以及CTL在电荷提取和转移中的作用重视程度较低。研究团队认为，开发统筹管控CTL/钙钛矿本体和界面缺陷的综合性策略，是解决反式PSCs效率和稳定性发展瓶颈的关键所在。此外，开发具有多种功能的单一添加剂以同步改善电子/空穴传输层，能有效降低生产成本和简化工艺流程，在PSCs的量产方面具有巨大的应用潜力。

近日，重点实验室青年教师姚迪圣博士利用4-氯甲基苯甲腈（CBN）作为唯一有机配体添加剂，分别加入电子传输层和空穴传输层，发现其具有不同的积极影响，实现了本体缺陷和界面缺陷的同时钝化，成功制备出高效率和高工作稳定性的PSCs。研究发现，氯离子的引入可以减少钙钛矿的晶界缺陷，改善钙钛矿的晶粒尺寸以增强钙钛矿薄膜的光电特性。另一方面，高电负性氰基与钙钛矿中的阳离子和碘空位有强相互作用，可以增强PTAA和钙钛矿之间的桥联，改善PTAA对钙钛矿前驱液润湿性差的问题，提高PTAA的导电性和迁移率。此外，CBN产生的电负性C≡N键可以与PCBM中具有电负性的羧酸以氢键形式相互作用，促进PCBM分子的有序排列，有效防止了空气中的水分和氧气对钙钛矿层的侵蚀，同时抑制钙钛矿材料中的碘离子迁移，减少其与银电极之间的接触分解，显著增强PSC的工作稳定性。同时，研究发现CBN可以减少由CTL和钙钛矿层之间的深能级缺陷引起的能级失配，极大改善了电荷的界面传输能力。经过CBN改良的器件PCE超过20%，短路电流为23.9 mA·cm−2，填充因子提高到81%。未封装的器件在30%和85%湿度环境条件下分别储存1000小时，仍能保持初始PCE的80%和70%，以及在1小时室内条件的持续光照测试中获得了可忽略的PCE损失。该策略证明了多功能单一添加剂能改善CTL和钙钛矿之间的界面接触以制备高效和稳定的反式PSC，为p-i-n反式PSC的产业化开辟了新思路。该成果以“Collaborative Passivation for Dual Charge Transporting Layers Based on 4-(chloromethyl)benzonitrile Additive toward Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells”为题发表在Small期刊上，论文第一作者为我院材料科学与工程学院硕士研究生李星宇。该工作得到国家自然科学基金、广西自然科学基金等项目的资助（原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202207445）。

图1.（a）CBN分子的化学结构和模拟ESP静电分布图，（b）PSC横截面 SEM 图，（c，d）PSC器件结构和CBN的作用机理示意图。

图2.（a）CBN改良传输层前后的PSC在反向和正向扫描方向上测量的J-V曲线图，（b）CBN改良前后器件的EQE 光谱图，（c）PSC的能级结构图，（d，e）CBN改良前后器件的稳态及瞬态荧光光谱图，（f）CBN改良PTAA层前后的FTIR光谱图。

图3.（a，b）基于CBN修饰的p-i-p和n-i-n结构器件结构的SCLC暗态J-V对数曲线图及其器件结构示意图，（c）基于ITO/PTAA（CBN改性PTAA）/钙钛矿结构的XRD对比图，（d，e）纯空穴或纯电子器件的迁移率测试J−V曲线图，（f）CBN改良前后的 PSC 暗态J−V曲线图。

图4.（a，b）CBN改良PCBM前后的动态薄膜接触角测量，（c）基于PCBM和CBN修改的PCBM薄膜的AFM图，（d）CBN改良前后器件的稳定输出功率和稳态光电流。未封装的原始和改良器件在e）80%相对湿度（RH），25°C环境条件和f）30%相对湿度（RH），25°C干燥柜条件下储存1200小时后的长期稳定性测试。