钙钛矿太阳能电池效率已突破26%，但长期稳定性问题，尤其是在实际运行条件下的稳定性，阻碍了其广泛商业应用。近日，来自俄罗斯联邦化学物理研究中心(FRC PKhP)和莫斯科化学研究所(MC RAS)的科学家团队在解决这一问题上迈出关键一步。

影响钙钛矿太阳能电池耐久性的关键因素之一是光活性钙钛矿层与电子传输材料氧化锌(ZnO)的相互作用。ZnO因高透明度、最佳能级、高电子迁移率以及低温成膜能力，成为制造柔性轻量化光伏器件极具潜力的候选材料。然而，由于其特殊的化学成分和结构特征，ZnO与钙钛矿材料直接接触时易发生降解，直接应用变得复杂。

俄罗斯联邦化学物理研究中心和莫斯科化学研究所的研究人员详细研究了沉积氧化锌薄膜(钙钛矿器件中的关键功能层)的各种方法对两种钙钛矿材料稳定性的影响，这两种材料分别为经典的MAPbI₃和有前景的无甲铵双阳离子Cs₀.₁₂FA₀.₈₈PbI₃。研究结果不仅比较了氧化锌层形成的不同方法，还为材料界面相互作用的基本机制及提高钙钛矿太阳能电池耐久性的新策略开发提供了深入理解，为其商业应用铺平道路。

科学家们利用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、热重法(TGA)和红外光谱等一系列互补的分析技术，对各种氧化锌薄膜的表面进行详细化学分析，识别出三个主要的功能基团，这些基团在ZnO与钙钛矿材料的相互作用中起关键作用：

一是乙酸酯基团(CH₃COO⁻)，存在于通过溶胶 - 凝胶法以醋酸锌为原料制备的ZnO薄膜上，是原始前体的残留物。对于经典的MAPbI₃，醋酸根基团是严重问题，光照下仅250小时就会完全破坏其结构，原因是醋酸根取代了钙钛矿晶格中的碘阴离子。但对于不含甲铵的钙钛矿Cs₀.₁₂FA₀.₈₈PbI₃，醋酸根基团几乎不会破坏双阳离子钙钛矿材料。

二是羟基(OH⁻)，是非溶剂法获得的氧化锌薄膜的典型特征，如金属锌的热氧化、ZnO的磁控溅射和原子层沉积(ALD)。羟基基团表现为强碱，会从构成钙钛矿的有机阳离子中“分离”质子，引发一系列反应，导致光活性层不可逆破坏。两种钙钛矿材料——MAPbI₃和Cs₀.₁₂FA₀.₈₈PbI₃——接触此类表面时都会迅速降解，且ZnO表面OH基团浓度越高，钙钛矿层破坏越剧烈、越快。

三是胺基(-NH₂、-NHCH₃)，在氨水或甲胺溶液中沉积的ZnO薄膜上形成。此类薄膜表面覆盖着一层致密的胺基，为两种类型的钙钛矿提供了高光稳定性：MAPbI₃在连续密集使用4000多个小时后仍能保持性能，无明显下降;Cs₀.₁₂FA₀.₈₈PbI₃超过5000小时没有出现任何光分解迹象。

利用密度泛函理论(DFT)方法的理论计算证实了实验数据。模拟结果表明，胺基在ZnO/钙钛矿界面处形成牢固稳定的键，有效阻止主要降解产物之一碘化铅(PbI₂)的剥离，并保护钙钛矿中的有机阳离子免于去质子化，为开发长期运行的可持续钙钛矿太阳能电池开辟了道路。

基于胺钝化氧化锌的钙钛矿太阳能电池的实验室样品表现出创纪录的稳定性，在白光连续照射下运行2500小时后，仍保持约68%的初始效率，而采用醋酸锌的器件则迅速降解。

研究团队证明，通过有针对性地控制氧化锌的表面化学性质，可显著改变其功能特性。该方法对于钙钛矿太阳能电池中传统使用的其他氧化物电荷传输层(TiO₂、SnO₂等)具有广泛应用前景。该研究为钙钛矿光伏技术开辟新方向，可同时提高太阳能电池的效率和运行稳定性。该研究结果已发表在《材料今日能源》杂志的一篇文章中。