钙钛矿界面硫基添加剂提升稳定性

近年来，钙钛矿太阳能电池因其高效率和低成本的潜力，成为光伏领域的研究热点。然而，钙钛矿材料的稳定性问题一直是制约其商业化应用的主要瓶颈。幸运的是，研究人员发现，通过在钙钛矿界面引入硫基添加剂，可以显著提升钙钛矿太阳能电池的稳定性和性能。

一、硫基添加剂的作用机制

硫基添加剂在钙钛矿太阳能电池中的应用主要体现在以下几个方面：

1. 界面稳定性增强：硫基添加剂可以通过与钙钛矿层和传输层之间的强相互作用，形成稳定的界面结构。例如，宁波工程学院的研究团队在NiOx/Pb-Sn钙钛矿界面引入了2-氨基乙磺酸（2-AESA）和对氨基苯磺酸（4-ABSA），通过第一性原理计算发现，这些添加剂能够在界面引入由NiOx指向钙钛矿的偶极矩，降低界面能级差，从而提高器件的空穴传输效率。此外，这些添加剂中的磺酸根（-SO3H）还可以通过氢键与NiOx形成较强的相互作用，减少未配位的Ni3+与Sn2+之间的有害氧化还原反应，显著增强器件的紫外光照稳定性。

2. 结晶过程调控：硫基添加剂还可以通过调控钙钛矿的结晶过程，提高薄膜质量和性能。暨南大学的研究团队发现，通过引入1,3-双(4-甲氧基苯基)硫脲（BM-TU），可以改善钙钛矿薄膜的埋底界面，延缓钙钛矿的结晶，从而抑制薄膜孔洞的产生，增加晶粒尺寸并使晶界更加紧凑致密。这种界面桥连结构不仅改善了界面接触，还减少了电荷复合，最终实现了23.75%的认证效率，并在最大功率点跟踪300秒内保持了23.46%的恒定效率。

3. 湿度稳定性提升：硫基添加剂还可以显著提高钙钛矿太阳能电池的湿度稳定性。例如，有研究发现，通过调整添加剂的碘化物和溴化物尾部，可以揭示含铵-酰胺盐的硫杂原子对富含甲脒的钙钛矿吸收剂的光物理和器件特性的影响。此外，通过质子迁移机制排除强水吸附过程，可以显著提高钙钛矿薄膜的耐湿性，从而在1000小时后仍能保留99.6%的初始光电转换效率。

二、研究进展与应用前景

目前，钙钛矿界面硫基添加剂的研究已经取得了显著进展。例如，南方科技大学的研究团队通过引入多功能离子液体四氟硼酸四甲基胍（TMGBF4）作为添加剂，调节钙钛矿的结晶过程，降低陷阱缺陷密度，从而实现了26.18%的功率转换效率，并在65°C的连续光应力下实现了1100小时的出色长期运行稳定性。

此外，北京大学的研究团队通过将晶圆级连续单层MoS2集成到钙钛矿层的上下界面，显著增强了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。这种结构不仅从物理上阻挡了钙钛矿离子的迁移，还通过化学作用钝化了缺陷并稳定了钙钛矿相态。

这些研究进展表明，硫基添加剂在提升钙钛矿太阳能电池的稳定性和性能方面具有巨大的潜力。未来，随着对钙钛矿材料和界面工程的深入研究，硫基添加剂有望成为实现高效、稳定钙钛矿太阳能电池的关键技术之一。

总之，钙钛矿界面硫基添加剂的研究不仅为解决钙钛矿太阳能电池的稳定性问题提供了新的思路，也为其实现商业化应用奠定了坚实的基础。