自组装单层（SAM）层的非浸润问题可能会使后续的钙钛矿沉积过程复杂化，并影响器件效率。中山大学毕冬勤研究团队通过共自组装和缓冲层的双重策略来提高埋入钙钛矿薄膜的润湿性和界面接触。研究使用了一种弱酸性的硼酸衍生物——4-N,N-二甲基苯硼酸盐酸盐（4NPBA）与常规的SAM分子在氧化铟锡（ITO）上进行共自组装，随后添加的FAI缓冲层进一步将钙钛矿薄膜的覆盖率提高至89%。这种双重埋入界面策略——SAM-4NPBA/FAI——形成了平坦且致密的钙钛矿界面。优化后的器件展现出了88.35%的高填充因子、25.29%的功率转换效率，并且在最大功率点测试500小时后，仍保留了超过99%的初始效率。
自组装单层膜是通过ITO（氧化铟锡）表面的-OH基团与酸性锚定基团之间的化学吸附形成的。由于ITO对强酸敏感，强酸会损坏其表面，因此使用弱酸性的硼酸（-B(OH)₂）基团作为锚定基团，以最大程度地减少腐蚀。将DMAcPA和4NPBA的混合物通过溶液沉积法沉积在ITO基板上，然后将薄膜在100°C下退火，形成共自组装膜，如图1a所示。在将4NPBA锚定在ITO上之后，叔胺离子可以通过氢键与钙钛矿的FAI和PbI₂发生相互作用，这在后续的薄膜形成和缺陷位点钝化过程中起着至关重要的作用。图2a展示了在ITO基板上由4NPBA和DMAcPA分子形成的SAM-4NPBA层。4NPBA较小的空间位阻确保了致密单层的形成。接触角测量结果如图2b所示。钙钛矿前驱体溶液在ITO/SAM基板上的接触角为39.22°，而在ITO/SAM-4NPBA基板上的接触角增加到43.67°。前驱体溶剂在更疏水表面上的表现表明SAM-4NPBA层具有更致密的特性。此外，随着SAM-4NPBA层的形成，钙钛矿的覆盖率增加到了69%。即使在更疏水的表面上也能实现更高的钙钛矿薄膜覆盖率，这表明钙钛矿在SAM-4NPBA基板上的粘附性更好，这归因于4NPBA与钙钛矿之间的相互作用。为了进一步提高钙钛矿薄膜的覆盖率，在SAM-4NPBA层和钙钛矿层之间引入了FAI缓冲层，如图2a所示。在添加FAI缓冲层后，钙钛矿前驱体溶液在ITO/SAM-4NPBA/FAI基板上的接触角增加到47.35°，钙钛矿薄膜的覆盖率提高到86%，如图2b所示。并且在SAM基板上添加4NPBA和引入FAI缓冲层不会改变基板的吸收和透射性质，这表明这种策略不会影响钙钛矿层的光利用。AFM结果表明，在添加FAI缓冲层后，表面形成了高度约为10–20纳米、宽度小于100纳米的小颗粒（图2c）。这导致表面粗糙度增加。这些小颗粒主要由FAI组成，为钙钛矿提供了成核位点。图3a展示了在不同基板上剥离的钙钛矿薄膜的埋底界面。在ITO/SAM基板上的钙钛矿薄膜的埋底界面晶界处存在许多孔隙。然而，在添加4NPBA后，薄膜埋底界面的孔隙数量显著减少。这是由于4NPBA与钙钛矿之间的相互作用形成了桥接效应，增强了SAM-4NPBA与钙钛矿之间的粘附力。在添加FAI缓冲层后，钙钛矿薄膜的埋底界面形成了更致密的晶界，这表明FAI缓冲层为钙钛矿的生长提供了更好的成核条件。在4NPBA和FAI的共同作用下，获得了平滑且无孔的埋底界面。此外，该策略还能有效改善埋底界面的载流子动力学过程（图3b,c）并优化界面能级排列（图3d），这有利于埋底界面的载流子传输。为了评估SAM-4NPBA/FAI工艺对钙钛矿薄膜湿度稳定性的影响，在剥离后，将生长在四种不同基板上的钙钛矿薄膜的埋底界面暴露于60%至100%的高湿度环境中。XPS和AFM结果如图3e-h所示，4NPBA分子显著提高了埋底界面的湿度稳定性，这主要归因于叔胺基团对与FA+相关的缺陷和Cl−对I−缺陷的钝化作用。为研究四种不同基底材料：SAM、SAM/FAI、SAM-4NPBA和SAM-4NPBA/FAI对钙钛矿太阳能电池性能的影响，制备了具有ITO/SAM/钙钛矿/C60/BCP/Ag特定结构的p-i-n型钙钛矿太阳能电池（图4a）。器件的光伏参数统计分布数据如图4c所示。当采用双重策略时，器件的平均Voc、FF和PCE进一步提升至1.17 V、0.88和24.76%，而四种器件的短路电流密度（Jsc）未发生显著变化。采用SAM-4NPBA/FAI基底工艺获得的最佳效率为25.29%，其Voc、Jsc和FF值分别为1.18 V、24.18 mA cm−2和0.88（图4b）。通过外量子效率测试（EQE）测得的积分电流值与从J-V测量中获得的Jsc值一致，如图4f所示。Voc的提高可归因于4NPBA和FAI缓冲层中的叔胺离子和氯离子对钙钛矿的钝化作用，以及HSL层电荷提取能力的增强。FF反映了所有载流子的动态过程，与界面处的非辐射复合密切相关（图4e）。这项工作的FF已接近SQ极限，这归因于钙钛矿的致密性和无孔掩埋界面，这些特性显著优化了载流子传输路径。Improving Buried Interface Contact for Inverted Perovskite Solar Cells via Dual Modification Strategy https://doi.org/10.1002/adfm.202417575
