反式钙钛矿太阳能电池(PVSCs)因其易于低温制造、适合柔性基底以及与多结太阳能电池的兼容性而受到广泛关注。到目前为止单结反式PVSCs的功率转换效率（PCE）已达到25%以上，显示出巨大的商业化潜力。相较于贵金属，廉价的金属铝很少被用作反式PVSCs的阴极，这是因为铝与钙钛矿活性层之间的剧烈化学反应导致PVSCs的稳定性很差。因此提高铝为阴极PVSCs的效率和稳定性以实现低成本PVSCs大规模量产是当务之急。通常在阴极和电子传输层之间引入阴极界面层能有效改善反式PVSCs的效率和稳定性。当前尽管许多用于改性金、银和铜的阴极界面材料已经被报道，但能明显提升铝为阴极反式PVSCs的PCE和空气稳定性的阴极界面材料是严重缺乏的。

近期，吉林大学李枫红教授团队与牛津大学高等研究院(苏州)黄劲松首席科学家团队报道了一种新型低成本可溶液加工的阴极界面材料，表面活性剂包覆多金属氧簇复合物[(C₈H₁₇)₄N]₄[SiW₁₂O₄₀] (TOASiW₁₂)。以TOASiW₁₂改性铝为阴极，在反式PVSCs中实现了20.64%的PCE。因为TOASiW₁₂能有效阻断铝与钙钛矿层之间的不良化学反应并同时抑制水分子进入器件，器件稳定性得到了显著提升。未封装器件暴露空气（45%相对湿度）350小时后器件PCE仍能稳定在初始PCE的80%以上。另外当TOASiW₁₂在银或铜为阴极的反式PVSCs中作为阴极界面层时，器件不仅分别实现了21.06%和20.52%的PCEs而且呈现了好的稳定性。此工作为钙钛矿太阳能电池的商业化发展提供了一种优异的阴极界面材料。相关成果以标题为“Efficient and stable inverted perovskite solar cells with TOASiW₁₂-modified Al as a cathode”发表在Adv. Funct. Mater.。论文第一作者为吉林大学化学学院博士研究生余成卓。通讯作者为吉林大学化学学院超分子结构与材料国家重点实验室李枫红教授和牛津大学高等研究院(苏州)黄劲松博士。此研究得到国家自然科学基金和吉林省科技厅重点研发项目资助支持。

本文要点要点一：TOASiW₁₂作为阴极界面层在铝为阴极反式PVSCs中实现了20.64%的PCE。

图1 (a)[(C₈H₁₇)₄N]₄[SiW₁₂O₄₀]和BCP的分子结构式；(b)反式PVSCs器件结构图；(c) TOASiW₁₂/Al为阴极器件横截面的扫描电镜图；(d)器件中所用材料能级图。

图2 TOASiW₁₂/Al和BCP/Al为阴极PVSCs的（a）J-V曲线，（b）EQE光谱，（c）PCE统计图和（d）在最大功率点0.91 V偏压下J_sc（插图）和PCE随器件工作时间变化图。

要点二：因为TOASiW₁₂能阻挡铝原子进入钙钛矿层同时抑制水分子进入器件，器件稳定性得到了显著提升。未封装器件暴露空气（45%相对湿度）350小时后器件PCE仍能稳定在初始PCE的80%以上。

图3（a）TOASiW₁₂/Al和BCP/Al为阴极PVSCs未封装器件在相对湿度45%大气环境下PCE 随暴露时间变化图。插图是未封装BCP/Al器件在2小时内PCE随暴露时间变化图；（b）Perovskite、PC₆₁BM、Perovskite/PC₆₁BM、Perovskite/PC₆₁BM/BCP和Perovskite/PC₆₁BM/TOASiW₁₂水接触角测量；（C）TOASiW₁₂层阻挡水分子进入PVSCs示意图。要点三：TOASiW₁₂膜能有效抑制Al为阴极反式PVSCs的退化，而BCP为阴极界面层器件因钙钛矿的分解和铝电极的腐蚀在大气中快速恶化。

图4（a）BCP/Al（黑色）和TOASiW₁₂/Al（红色）为阴极PVSCs及纯钙钛矿薄膜（蓝色）暴露空气不同时间的XRD谱；（b）BCP/Al（黑色）和TOASiW₁₂/Al（红色）为阴极PVSCs 暴露空气不同时间的UV-vis吸收光谱，插图是400-800 nm范围内的归一化积分面积随时间变化图。

图5（a）TOASiW₁₂/Al和（b）BCP/Al为阴极PVSCs暴露空气不同时间的光学显微镜图像（10倍放大倍率）。