南开大学AFM：刀片涂层分子促进平行取向实现宽带隙钙钛矿太阳能电池的可扩展界面工程

尽管通过有机分子进行界面工程已提高了钙钛矿太阳能电池（PSC）的功率转换效率（PCE），但旋涂法仍限制了大面积钝化层的厚度均匀性。

本研究南开大学Shuainan Liu、赵颖和张晓丹等人通过刀片涂层技术，将具有优先平行排列特性的三种多功能有机分子（N-苯基硫脲（PTU）、1-苯基硫脲（BTU）和2-苯乙基硫脲（PTTU））沉积在宽带隙（1.68 eV）钙钛矿薄膜上，以管理表面缺陷。密度泛函理论（DFT）计算和实验结果表明，延长烷基链长度可增强分子在钙钛矿薄膜表面的平行取向，从而实现高效的界面电荷提取和更好的厚度均匀性。其中，具有最佳烷基链长度的BTU产生了最有效的协同修饰效果。

对应的PSC在0.08875 cm²和1.0 cm²活性区域上分别实现了22.12%和20.19%的冠军PCE，标志着刀涂工艺制备的p-i-n型PSC（Eg≈1.68 eV）效率新高度。此外，经BTU处理的PSC在未封装情况下，1600小时后仍保持了超过95%的初始PCE。大面积薄膜（10×10 cm²）的均匀性及相应PSC性能验证了该设计的可扩展性。本研究为设计多功能有机分子以改善薄膜均匀性和电荷传输提供了综合策略，为高性能和大面积PSC的研发开辟了新途径。

研究亮点

• 刀涂工艺突破

  ：首创刀片涂层技术结合平行取向分子（如BTU），解决传统旋涂法大面积薄膜厚度不均难题，实现22.12%小面积效率与20.19%大面积效率（1.0 cm²）。

• 分子设计创新

  ：发现延长烷基链可增强分子平行取向，显著提升界面电荷提取效率，BTU修饰后器件效率达刀涂工艺p-i-n型电池国际领先水平。

• 稳定性与可扩展性兼备

  ：未封装器件1600小时高温处理后效率保持95%以上，10×10 cm²大面积薄膜性能优异，为产业化奠定基础。

Z. Liu, P. Wang, Y. Gao, X. Ge, Y. Luo, X. Du, S. Xu, B. Shi, S. Liu, Y. Zhao, X. Zhang, Scalable Interface Engineering in Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells via Blade-Coating Molecules with Promoted Parallel Orientation. Adv. Funct. Mater. 2025, 2510444.

https://doi.org/10.1002/adfm.202510444

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