袁建宇團(tuán)隊(duì)AFM：均勻接觸的Co-SAMs使倒置PSCs效率突破26%

發(fā)表時(shí)間：2025-12-22 11:29

標(biāo)圖.png

主要內(nèi)容

咔唑基自組裝單分子膜（SAMs）作為倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）中廣泛應(yīng)用的空穴傳輸層，在溶液中易形成膠束結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致界面均勻性下降。針對(duì)這一問題，蘇州大學(xué)功能納米與軟物質(zhì)研究院袁建宇等人設(shè)計(jì)并成功合成了一系列氟化共軛自組裝單分子膜（DCA-0F、DCA-1F 和 DCA-2F），將其制備為混合單分子膜（co-SAMs），用于構(gòu)筑高性能倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

這類基于二甲基吖啶的自組裝單分子膜具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，其分子空間位阻可有效抑制溶液狀態(tài)下的分子自聚集行為；同時(shí)，氟原子能夠通過氫鍵作用穩(wěn)定甲脒陽(yáng)離子（FA?），在埋底界面處構(gòu)建更多錨定位點(diǎn)，進(jìn)而促進(jìn)載流子的提取與傳輸，抑制界面損耗。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于 DCA-0F、DCA-1F 和 DCA-2F 混合單分子膜制備的倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，**光電轉(zhuǎn)換效率分別達(dá)到 25.21%、26.11% 和 25.05%。該類器件還展現(xiàn)出優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性，在 1 個(gè)太陽(yáng)光照強(qiáng)度下于**功率點(diǎn)持續(xù)運(yùn)行 1000 小時(shí)后，仍能保持初始效率的 90% 左右。

其中，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的 DCA-1F 單分子膜表現(xiàn)尤為突出，借助空間位阻效應(yīng)與氟原子對(duì) FA?的特異性配位作用產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)，不僅克服了傳統(tǒng)咔唑基單分子膜（如甲氧基取代咔唑衍生物 MeO-2PACz）普遍存在的分子聚集及表面覆蓋不完全等問題，還能增強(qiáng)單分子膜與鈣鈦礦活性層的界面作用，構(gòu)筑均勻性更優(yōu)的單分子膜層，大幅降低非輻射復(fù)合損耗。

總體而言，該研究在分子設(shè)計(jì)、界面調(diào)控方面取得協(xié)同突破，實(shí)現(xiàn)了器件光電轉(zhuǎn)換效率與穩(wěn)定性的雙重提升，充分彰顯了混合單分子膜（co-SAM）策略的應(yīng)用潛力，有望進(jìn)一步推動(dòng)高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研發(fā)進(jìn)程。