魏明灯/李亚峰团队利用双向离子阻挡层提升倒置钙钛矿太阳能电池的效率与稳定性

Ag电极向内扩散和钙钛矿成分向外迁移，诱发倒置钙钛矿太阳能电池（PSCs）组分的恶性降解，严重限制钙钛矿太阳能电池器件寿命。近期，魏明灯教授/李亚峰研究员利用2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑（DMTD），作为双向离子屏障层，同时稳定Ag电极和钙钛矿晶格。-SH基团与Ag⁺强配位，建立抵抗Ag⁺迁移的分子屏障，而-N-N-基团则结合Pb²⁺钝化缺陷并强化晶体结构。这种协同的双向抑制有效阻碍了钙钛矿组分与Ag⁺之间的界面反应，从而切断恶性的降解循环。因此，DMTD改进的器件功率转换效率（PCE）达到26.13%，并表现出卓越的稳定性，在25 °C（15% ± 5%相对湿度）下储存3000小时后，PCE保持87.68%，在85 °C连续加热1000小时后保持80.87%。该研究以 “A Bidirectional Molecular Barrier for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells” 为题发表于国际知名期刊Advanced Functional Materials。福州大学化学学院博士研究生岳微为本文第一作者，李亚峰和魏明灯为通讯作者。

近两年来，倒置钙钛矿太阳能电池发展迅速，其光电转换效率已从最初的3.8%提升至最新的认证效率28%，这是钙钛矿太阳能电池首次在效率上超越晶硅太阳能电池。当前，效率已不再是制约钙钛矿太阳能电池发展的关键因素，而限制其走向实际应用的主要障碍仍然是PSCs的稳定性问题。其中，金属电极对钙钛矿的腐蚀被研究发现是导致PSCs失去光化学活性的主要因素之一。在钙钛矿光电器件中，金属电极作为电荷收集的关键功能层，其材料选择对器件的性能和稳定性具有决定性影响。目前，银电极因其与钙钛矿材料能级匹配度高、导电性能优异以及成本相对较低等综合优势，已成为应用最广泛的电极材料之一。然而，在实际使用中，银电极面临严重的电化学迁移问题，其迁移行为在所有常见金属电极中最为突出。

针对这一学问题，本研究提出了一种创新的界面修饰策略，即在电子传输层材料BCP中引入功能添加剂2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑（DMTD）。DMTD具有独特的双官能团结构，其中巯基（-SH）与Ag⁺形成稳定的Ag-S网络，构建分子屏障以抑制Ag⁺向钙钛矿层扩散；而-N-N-基团与铅离子（Pb²⁺）配位，稳定钙钛矿晶体结构并抑制组分离子扩散。这种双重保护机制不仅能显著抑制Ag⁺迁移，还能从根本上增强钙钛矿的结构稳定性，从而提升钙钛矿器件的稳定性。最后经过DMTD修饰所制备的器件PCE 达到了26.13%，开路电压（V_OC）提高至1.192 V，短路电流密度（J_SC）为25.70 mA cm^-2，填充因子（FF）为85.32%。经DMTD修饰后，器件还表现出优异的长期存储稳定性，在25 ℃、15% ± 5% RH条件下放置3000 h后仍保持初始PCE的87.68%。在N₂气氛、100 mW cm^-2光照下连续老化1200 h后，其PCE仍保持初始值的84.96%。此外，改性器件在N₂气氛、85 ℃更严苛条件下老化1000 h后，仍保持初始PCE的80.87%。这一提升归因于DMTD分子独特的双官能团结构，其赋予材料“下锚定钙钛矿、上螯合银电极”的双位点协同效应，同步实现离子迁移的源头抑制与电极腐蚀的终端阻断，从而显著提升钙钛矿太阳能电池的工作稳定性。

论文信息：Wei Yue, Yiqi Fu, Zhiguo Zhu, Penglin Cai, Yao Huang, Xin Xie, Yafeng Li^* and Mingdeng Wei^*, A Bidirectional Molecular Barrier for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells, Advanced Functional Materials, (2026): e79057. https://doi.org/10.1002/adfm.79057