在反式钙钛矿太阳能电池中，自组装单分子层（SAMs）与钙钛矿层之间的掩埋界面是调控器件光伏性能与运行稳定性的核心因素。传统自组装分子易发生脱附与团聚，引发严重的界面损耗，显著缩短器件使用寿命。针对上述问题，本文由南京大学朱嘉、朱鹏臣，晶澳太阳能科技股份有限公司 HaipengYin、YangSun 等人联合开展研究，设计并构建了一种兼具非共平面分子构型与多官能团特性的有机功能分子—— 5,5 ′ ,5 ″ - ( 氮川三 -4,1- 亚苯基 ) 三 [ 2- 噻吩甲酸 ] （TTA）。

TTA 独特的非共平面骨架结构可有效抑制分子间 π - π 堆叠诱导的团聚行为，形成高度有序的分子堆积，改善了传统 Me-4PACz 分子易自聚集的固有缺陷。同时，非共平面构型赋予分子灵活的旋转特性，使其噻吩官能团与三齿羧酸锚固基团可通过多位点协同作用，显著增强与基底及上层钙钛矿薄膜的界面相互作用，有效钝化界面缺陷、优化钙钛矿结晶质量，该界面改性机理得到密度泛函理论（DFT）计算的充分验证。

本研究将 TTA 与常用界面修饰材料 4- ( 3,6- 二甲基 -9H- 咔唑 -9- 基 ) 丁基 -1- 膦酸（Me-4PACz）复配，构筑 Me-4PACz/TTA 杂化自组装单分子层体系。该改性策略可制备均匀性优异、界面结合稳定、电学性质良好的自组装分子薄膜，有效降低缺陷态密度，实现分子堆积方式、界面键合作用与钙钛矿结晶行为的同步优化。

基于该界面工程策略，所制备的带隙约 1.67eV 宽禁带钙钛矿单结电池最优光电转换效率可达 23.7%，热循环稳定性与光浸泡稳定性显著提升，开路电压、填充因子、光电转换效率等关键性能参数同步优化，在持续光照与高温环境下均表现出优异的运行可靠性。将该技术进一步应用于钙钛矿 / 硅叠层电池，器件光电转换效率可达 33.3%，经第三方认证效率为 33.1%；户外实景连续运行 30 天未出现效率衰减，展现出优异的实际工况稳定性。

综上，本研究提出了一种简便、通用且高效的界面分子改性策略。通过合理设计具有三齿羧酸结构的非共平面 TTA 分子，有效解决了传统自组装分子界面团聚、结合力弱、钝化效果有限等难题。该杂化自组装体系为高效、高稳定宽禁带钙钛矿电池的界面设计提供了新的思路，也为高性能钙钛矿 / 硅叠层光伏器件的实用化与产业化提供了可靠的技术路径。

文献信息

Noncoplanarmultidentatecontactsreinforceburiedinterfaceforperovskite/silicontandemsolarcells

XinranXu、LuokangSun、ChuanluChen、KunChen、YeYuan、ZheLi、LiWang、ZijuanHe、YushuaiXu、XingpeiYe、ZhouLiu、YangSun、HaipengYin、ZiOuyang、KuanSun、PengchenZhu、JiaZhu

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aei2945