中科院化学所王吉政等：氨硼烷“一体化”双界面改性实现高效稳定钙钛矿太阳能电池（PCE=26.43%）

研究背景

有机–无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSC)因其优异的光电特性而备受关注，器件效率在近几年已快速提升至27.0%。然而，主流的低温溶液快速成膜往往在埋底界面与上界面引入大量界面缺陷，成为非辐射复合中心，阻碍电荷传输。现有的界面修饰策略多依赖“多添加剂/多步骤”组合，虽然有效，但过多种类的添加剂并不利于快速制造与产业化。同时，钙钛矿中的碘离子(I⁻)易迁移并在界面处发生不利的氧化反应，生成的碘缺陷(I⁰)会加速器件衰减。因此，如何用更简单的方式在同一次工艺中同步解决双界面缺陷与碘化物氧化问题，是提升PSC性能与稳定性的关键。

Ammonia Borane All‑In‑One Modification Strategy Enables High‑Performance Perovskite Solar Cells

Jiaxin Ma, Cong Shao, Yirong Wang, Guosheng Niu, Kaiyi Yang, Yao Zhao, Fuyi Wang, Zongxiu Nie, Jizheng Wang*

Nano-Micro Letters (2026)18: 93

https://doi.org/10.1007/s40820-025-01951-6

本文亮点

1. 一体化双界面，同步攻克两大痛点： 将多功能复合物氨硼烷(BNH₆)同时引入钙钛矿的埋底界面与上界面，实现双界面缺陷钝化并抑制碘化物氧化，省去分步界面处理。

2. 三重机制一剂多效： BNH₆通过(1)部分水解产物与SnO₂相互作用、填补氧空位并优化能级；(2)与未配位Pb²⁺配位实现缺陷钝化；(3)抑制I⁻氧化并可将生成的I⁰还原回I⁻，从源头减缓界面化学劣化。

3. 效率与稳定性双提升： 基于该策略的器件实现26.43%冠军效率(认证25.98%)，且几乎无迟滞，并在连续光照500 h后仍保持初始效率的90%(未封装)。

内容简介

针对埋底/上界面缺陷与碘化物氧化相互交织、难以兼顾的瓶颈，中国科学院化学研究所王吉政等人提出“氨硼烷一体化双界面改性”策略：在SnO₂电子传输层表面以水溶液引入BNH₆构建SnO₂/BNH₆埋底界面，同时在钙钛矿上表面以异丙醇溶液进行BNH₆后处理形成PVK/BNH₆上界面。凭借BNH₆分子“富电子N/缺电子B”的结构特征，该单一组分在不同界面触发不同化学作用，协同降低非辐射复合、抑制离子迁移诱发的I⁻→I⁰氧化，在保持工艺简洁的同时显著提升器件效率与运行稳定性，为兼顾高性能与可制造性的界面工程提供了新范式。

图文导读

I 界面“一体化”：BNH₆同时修饰埋底与上界面

作者将BNH₆分别嵌入埋底(SnO₂/BNH₆)与上界面(PVK/BNH₆)，在一次体系内实现“缺陷钝化+碘化物氧化抑制”的同步优化。与依赖多种添加剂的复杂体系不同，该策略以单一分子复合物在不同界面触发差异化作用，兼顾效率提升与制造简化。

图1. BNH₆“一体化”双界面改性策略及其三重作用机理示意。

II 下界面：BNH₆与SnO₂的相互作用

XPS结果显示，BNH₆在SnO₂表面会发生部分水解，约30%的BNH₆分子转化为BO₂⁻。BO₂⁻带负电，可吸附并占据SnO₂中的氧空位：O 1s谱中晶格氧(M–O)比例由44%提升至61%，氧空位由34%降至19%，表面羟基/吸附水(H–O)也同步降低。能级表征进一步表明，BNH₆修饰后SnO₂功函数由4.50 eV降低至4.40 eV，导带位置也发生有利移动，从而改善与钙钛矿的能级匹配、降低界面势垒并抑制界面复合，为高填充因子与低迟滞输出奠定基础。

图2. BNH₆与SnO₂相互作用、缺陷态与能级调控示意。

III 上界面：Pb²⁺配位钝化和抑制并逆转I⁻氧化，锁定界面化学稳定

在碘化物氧化方面，FAI溶液在空气中老化会出现I⁻被氧化成I⁰的特征吸收与颜色变化；而加入BNH₆后溶液在24 h老化仍保持透明，几乎不出现I⁰特征峰。更重要的是，向已老化生成I⁰的溶液中加入更高浓度BNH₆，可使溶液由黄色重新转为透明，说明BNH₆可将I⁰还原回I⁻。离子色谱给出了定量证据：72 h老化后，对照组I⁻浓度下降5.0%，而加入BNH₆的样品仅下降0.7%。此外，BNH₆还能与Pb–I骨架发生配位：DFT显示其在FAI端面吸附更稳定(−2.15 eV)，实验也表明约29%的BNH₆分子可额外与Pb²⁺配位，进一步降低界面缺陷态。

图3. BNH₆对I⁻氧化抑制与Pb²⁺配位钝化。

IV 钙钛矿薄膜形貌，结晶动力学，残余应力表征

SEM结果表明，BNH₆做埋底界面修饰(SnO₂/BNH₆/PVK)能明显增大晶粒，促进了钙钛矿结晶；而上表面修饰(SnO₂/PVK/BNH₆)的主要作用是Pb²⁺缺陷钝化与还原I⁰。原位PL揭示了钙钛矿的结晶动力学，加入BNH₆后，PL更快增强，说明成核更快；退火过程中PL快速上升的起始时间从对照的19 s延后到27 s，表明BNH₆会减缓晶体生长。这种“快成核、慢生长”有助于获得更高质量薄膜、减少非辐射复合。GIXRD表明对照组薄膜随ψ角变化(012)峰位明显移动，表明存在拉伸应力；埋底BNH₆样品峰位几乎不变，说明残余应力被释放，有利于器件效率与稳定性提升。

图4. 钙钛矿薄膜形貌，结晶动力学，残余应力表征。

V 钙钛矿薄膜稳定性和载流子寿命表征

PL、TRPL等结果表明，与对照PVK相比，埋底或上界面引入BNH₆都能提高PL强度与发光均匀性，并延长寿命，说明BNH₆能够钝化缺陷、抑制缺陷诱导的非辐射复合。其中双界面改性的BNH₆/PVK/BNH₆表现最佳，表明“一体化双界面策略”最有效提升薄膜质量。fs-TAS进一步验证电荷动力学，双界面BNH₆薄膜的基态漂白(GSB)信号衰减最慢、峰强最强，对应载流子寿命最长，与TRPL结果一致，说明陷阱态被更有效消除、非辐射复合被进一步压制，从而有利于器件性能提升。薄膜稳定性测试(甲苯浸泡+光照+60 °C 72 h)表明，对照膜明显黄化并严重降解，溶液变粉且在≈500 nm出现强I⁰特征吸收峰；而BNH₆双界面改性薄膜几乎无明显颜色变化，I⁰吸收峰显著减弱。XRD也显示老化后对照样品I⁰相关特征更强。说明BNH₆能显著抑制I⁻氧化为I⁰，减少I⁰与碘空位等相关缺陷生成，从而提升薄膜耐久性。

图5. 钙钛矿薄膜稳定性和载流子寿命表征。

VI 器件表现：26.43%的冠军效率与高稳定性

得益于“SnO₂水解协同钝化 + Pb²⁺配位 + 碘化物氧化抑制”的三重机制，优化器件实现26.43%冠军效率(认证25.98%)，几乎无J–V迟滞。在未封装条件下，器件在连续光照500 h后仍保持初始效率的90%，显示出显著增强的运行稳定性；同时，该策略避免了分步界面处理与多添加剂体系的复杂性，有望提升快速制备与规模化制造的兼容性。

图6. BNH₆一体化双界面改性器件的效率与运行稳定性表现。

VII 总结

本研究提出“氨硼烷(BNH₆)一体化双界面改性”策略，在埋底界面与上界面同时引入单一多功能复合物，实现双界面缺陷钝化与碘化物氧化抑制的同步优化。

BNH₆在不同界面触发三重作用：部分水解释放BO₂⁻填补SnO₂氧空位并优化能级；N原子与Pb²⁺配位钝化未配位缺陷；B原子提供还原性抑制I⁻→I⁰并可将I⁰还原回I⁻，从而缓解界面化学劣化与非辐射复合。

基于该简洁策略，器件实现26.43%(认证25.98%)高效率并获得显著提升的运行稳定性(连续光照500 h保持90%初始效率，未封装)，为面向快速制造与产业化的高性能钙钛矿光伏提供了可推广的界面工程路线。

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