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本文报道了通过区域异构体（3,7-Br和2,8-Br）对自组装分子（SAM）Me-4PACz进行后处理，以优化倒置钙钛矿太阳能电池（PSCs）的埋底界面。研究发现，对位取代的2,8-Br通过更强的π-π相互作用增强Me-4PACz的p型特性，实现更均匀的表面电势和更有利的能级排列，同时其磺酰基和溴原子可有效钝化钙钛矿层的碘空位（VI）缺陷，抑制非辐射复合。最终，器件效率从23.40%提升至25.40%，并显著改善了光照和热稳定性。
引言
倒置（p-i-n）钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其溶液可加工性和优异的光电性能而备受关注。自组装分子（SAMs）如Me-4PACz在空穴传输层（HTL）中的应用显著提升了器件性能，但其两亲性易导致溶液聚集，造成表面电势不均匀，引发界面复合。此外，SAMs中咔唑基团与钙钛矿的相互作用有限，限制了开路电压（VOC）和填充因子（FF）的进一步提升。尽管π-π堆叠被证明可改善界面质量，但区域异构效应对此的影响尚未被探索。
结果与讨论
本研究采用后处理策略，将两种二溴二苯并噻吩-5,5-二氧化物区域异构体（3,7-Br和2,8-Br）引入Me-4PACz层。开尔文探针力显微镜（KPFM）显示，2,8-Br处理后的薄膜接触电位差（CPD）分布更均匀，平均CPD值从-0.768 V（对照组）降至-0.863 V，表明其有效填充了SAM层空隙，提升了功函数并增强了p型特性。密度泛函理论（DFT）计算进一步揭示，2,8-Br与Me-4PACz的形成能（ΔEf）为-1.68 eV，低于3,7-Br的-1.34 eV，主要归因于更强的π-π相互作用和非键合接触（如O···H氢键）。
在缺陷钝化方面，DFT模拟表明，2,8-Br在PbI2终止的FAPbI3表面碘空位（VI）处具有更高的结合能（ΔEb），其独特的溴原子排列可形成多重Pb─Br配位键。X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证了2,8-Br与钙钛矿的化学相互作用：XPS中金属铅（Pb0）峰的消失说明缺陷被抑制；FTIR中S=O伸缩振动峰（1158 cm-1和1296 cm-1）蓝移至1169 cm-1和1298 cm-1，表明磺酰基与欠配位Pb2+发生配位。
稳态光致发光（SSPL）和时间分辨光致发光（TRPL）测试显示，2,8-Br处理后剥离钙钛矿薄膜的PL强度显著增强，平均载流子寿命（τavg）从2951 ns（对照组）延长至4278 ns，说明非辐射复合被有效抑制。紫外光电子能谱（UPS）分析表明，2,8-Br处理使钙钛矿埋底界面价带顶（VBM）从-5.38 eV移至-5.48 eV，减少了与钙钛矿的能级偏移，利于空穴提取。空间电荷限制电流（SCLC）和电化学阻抗谱（EIS）证实，2,8-Br器件的陷阱密度（nt）降至3.60×1015/cm3，重组电阻（Rrec）增加，理想因子（nid）从1.98降至1.40，表明陷阱辅助复合减少。
光伏性能与稳定性
器件性能统计显示，2,8-Br处理后冠军器件的效率从23.40%提升至25.40%，主要归因于VOC（1.139 V→1.185 V）和FF（82.61%→85.08%）的提高。外量子效率（EQE）积分电流密度与J-V曲线结果吻合（偏差<3%）。稳定性测试中，2,8-Br器件在1 sun光照下1968小时后仍保持96.2%的初始效率，85°C热老化后保留82.1%，显著优于对照组（74.3%和53.8%）。热重分析（TGA）表明2,8-Br的5%失重温度达280.1°C，具备良好的热稳定性。
结论
本研究通过区域异构体调控SAM层，证明2,8-Br凭借其分子几何优势，在增强π-π相互作用、优化能级排列和缺陷钝化方面均优于3,7-Br，为倒置PSCs的埋底界面工程提供了新策略。
