Angew. Chem.：L-瓜氨酸“分子桥”推动高效、稳定钙钛矿太阳能电池产业化发展

钙钛矿太阳能电池（PSCs）凭借超过26%的实验室认证效率，被视为下一代光伏技术的“希望之星”。在n-i-p太阳能电池中，SnO₂是常用的电子传输层（ETL）材料，但其存在多种缺陷，如氧空位、悬挂羟基和未配位的Sn⁴⁺等，对载流子传输产生负面影响。此外，作为钙钛矿晶体生长的衬底，其从源头上影响钙钛矿薄膜形态、缺陷形成和耐老化性能。埋底界面（SnO₂/钙钛矿）的缺陷问题始终是产业化的绊脚石，尤其在大面积制备时，界面缺陷问题会被进一步放大。如何“缝合”这一关键界面，成为近年来急需攻克的难点。

突破：天然分子的跨界智慧——L-瓜氨酸的“分子桥”作用

西安交通大学化学学院王栋东与董化、吴朝新教授和任广禹院士合作，独辟蹊径，从生物分子中寻找灵感，将天然分子L-瓜氨酸（CIT）引入SnO₂电子传输层中。这种天然氨基酸分子结构独特，一端是氨酸基团（-COOH、-NH₂），另一端是脲基基团（-NH-CO-NH₂），利用其与埋底界面两侧的差异化相互作用，成功在SnO₂和钙钛矿间构建了一座稳固的“分子桥”，增强了埋底界面的稳定性。

氨酸基团（-COOH、-NH₂）锚定SnO₂，通过配位作用钝化氧空位缺陷，提升导电率和电子迁移率，优化能级排列；

脲基基团（-NH-CO-NH₂）通过强配位键和氢键钝化钙钛矿中的Pb²⁺和I^–缺陷，抑制非光学活性δ相和过量PbI₂生成；

这种“双管齐下”的设计不仅强化了界面接触，使SnO₂的导带底上移0.21 eV，与钙钛矿的能级差缩小至0.16 eV，实现了更有效的电子提取和传输。同时钙钛矿晶粒尺寸从672.02 nm增至1214.97 nm，缺陷密度从6.88×10¹⁵ cm^-3降至4.41×10¹⁵ cm^-3，抑制了陷阱辅助的非辐射复合，实现了高效的载流子输运。

性能：效率与稳定性的双重飞跃

小面积器件（0.07065 cm²）效率飙升至25.95%，开路电压高达1.201 V，短路电流密度高达26.36 mA cm^-2，填充因子（FF）则为81.97%，

大面积组件（23.26 cm2）通过无反溶剂的狭缝涂布技术，在空气中直接制备，效率高达22.70%，是同类工艺的最高PCE之一；

稳定性：未封装的器件在室温湿度下（ISOS-D-1, ambient temperature and humidity, OC）存放1000小时，效率保持率94.85%，连续光照800小时（ISOS-L-1, ambient temperature and humidity, 1-sun, MPP）后，仍保留90.47%初始性能。

这项研究不仅揭示了低成本天然分子在光电材料中的独特价值，更在一定程度解决了钙钛矿太阳能电池的三大痛点：

1. 界面缺陷钝化：双功能分子桥实现“一石二鸟”，减少非辐射复合；

2. 工艺兼容性：可在空气中大面积涂布，降低制备成本；

3. 长期稳定性：抑制水氧渗透，抵御湿热和光照侵蚀，提高器件的寿命。

团队正进一步探索分子结构的优化，并尝试将策略拓展至柔性电池器件等，为推动钙钛矿太阳能电池的产业化发展提供新的见解。

论文信息

Employment of l-Citrulline as an Effective Molecular Bridge for Regulating the Buried Interface of Perovskite Solar Cells to Achieve High Efficiency and Good Stability

ChaoBo Hao, Ruoyao Xu, Boyang Li, Yi Chen, QingYu Jia, ZhiQiang Wang, JiangXue Pei, BoHua Zhang, Prof. Yaqiong Su, Prof. Jingrui Li, Prof. Hua Dong, Prof. ZhaoXin Wu, Prof. Alex K.-Y. Jen, Prof. DongDong Wang

文章的共同第一作者为西安交通大学化学学院的博士研究生郝超博和电子科学与工程学院的博士研究生许若尧。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202508169