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自组装分子作为空穴选择层在钙钛矿太阳能电池中取得了巨大成功。然而,有效调控杂化自组装分子在氧化铟锡衬底上的吸附构型仍具挑战,这直接影响其取向与均匀性。

本文河南大学申楠、陈石、香港城市大学曲歌平和Alex K.-Y. Jen等人通过共组装分子2,3,5,6-四氟对苯二甲酸或2,3,5,6-四氟-4-巯基苯甲酸,调控了[4-(3,6-二苯基-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸在ITO表面的吸附构型。具体而言,平面吸附的BCA通过双羧基锚定,使Ph-4PACz呈约54.03°倾斜构型;而倾斜吸附的BSCA通过单羧基锚定,诱导Ph-4PACz近乎垂直排列。BSCA的引入使Ph-4PACz膜更均匀、能级对齐更优,进而提升钙钛矿埋底界面的均匀性,增强电荷传输并抑制界面非辐射复合。基于BSCA的器件在0.0717 cm²活性面积下实现了26.72%的高效率(认证26.75%),1 cm²器件效率达25.21%,并在光照下运行1500小时或85℃加热1000小时后仍保持初始效率的90%以上。

文章亮点:

  1. 精准调控SAM吸附构型
    通过共组装分子BCA与BSCA,分别实现了Ph-4PACz在ITO表面的倾斜(~54°)与近垂直(~6.6°)排列,显著提升薄膜均匀性与能级对齐。

  2. 增强埋底界面质量与电荷传输
    BSCA共组装诱导的垂直排列促进更致密、均匀的SAM覆盖,提升钙钛矿结晶质量,加快电荷提取并有效抑制非辐射复合。

  3. 高效率与高稳定性兼具
    小面积器件效率突破26.7%,大面积(1 cm²)器件效率超25%,且在光照与高温条件下表现出优异的长期稳定性。

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Y. Li, Y. Qiao, J. Yang, et al. “ Modulating Adsorption Configurations of Hybrid Self-assembled Molecules Enables High-performance Inverted Perovskite Solar Cells.” Adv. Mater. (2025): e14623.

https://doi.org/10.1002/adma.202514623

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