苏州大学，最新《Nature》！
2026-07-27
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自组装单分子层（SAMs）锚定在透明导电氧化物（TCO）基底上，形成界面分子偶极层以从钙钛矿层提取载流子，推动了钙钛矿太阳能电池效率的逐步提升。然而，由于配位位点上电子密度受限导致的内禀键合强度有限，使得SAMs在运行应力下发生脱附并损害电荷提取，对其长期稳定性构成了显著挑战。
论文解读
给体-受体（D-A）结构自组装单分子层（SAMs）在钙钛矿太阳能电池（pero-SCs）中实现了显著高效的选择性载流子提取，但由于其聚集倾向，在长期实际运行中存在脱附问题。最近的一份报告揭示，除了氢键或弱键聚集体外，促进SAMs与氧化铟锡（ITO）基底之间共价键的形成对于提高器件稳定性至关重要。然而，目前仍然缺乏从本质上增强共价键强度的有效策略，即提高P-O-In键的结合能，这限制了器件在更严苛运行条件下的稳定性。
由于SAMs锚定键的形成本质上是酸-碱缩合脱水反应，增加配位原子的负电荷密度是增强共价锚定键最直接和基本的策略。尽管锚定基团具有固定化学结构难以直接修饰，但SAMs的D-A性质受益于取代基设计，为修饰锚定强度提供了重要途径。
D-A-D自组装膜中的强分子间电荷再分布（图源自Nature）
该研究设计了一种具有给体-受体-给体（D-A-D）共振分子结构的SAM，其中电子共振增加了受体锚定基团上的负电荷密度，显著增强了膦酸-氧化铟锡（ITO）锚定键，防止了SAM在运行过程中的脱附。采用D-A-D共振SAM的器件具有优异的运行稳定性，在85±5°C下最大功率点跟踪（MPPT）1,080小时内衰减可忽略不计，在85±5°C金属卤化物（MH）灯照射下1,080小时后仍保持>93%，在-40°C至85°C之间720次热循环后仍保持>98%。
同时，共振诱导的电荷离域促进了高效载流子传输，在0.063 cm²器件上实现了27.69%的认证光电转换效率（PCEs），在有效面积为15.64 cm²的器件上实现了23.63%的效率。在柔性基底上也实现了26.64%的认证效率，证明了该方法在不同类型基底上的普适性。
