大连化物所刘生忠最新Angew：自组装分子成PSCs抗UV高效“利器”

主要内容

紫外线（UV）光诱导的降解，尤其是埋底界面处的降解，长期制约着钙钛矿太阳能电池（PSCs）的稳定性，严重阻碍了其大规模应用。不过，由中国科学院大连化学物理研究所刘生忠教授和中国科学技术大学杨上峰教授带领的科研团队，通过创新设计与合成，为解决这一难题提供了新方案。

团队成功研发出一种新型噻吩修饰的自组装π共轭空穴选择性分子——（4 -（3,6 - 双（5 - 甲基噻吩 - 2 - 基）- 9H - 咔唑 - 9 - 基）苯基）膦酸（Me - TPCP），并利用该分子制备出具备紫外线稳定性的高效钙钛矿太阳能电池。

在分子设计方面，团队同时引入苯基和噻吩基团，有效增强了分子的共轭程度。这一设计既保护了咔唑核心与膦酸基团间脆弱的化学键，又提升了分子的固有紫外线稳定性，还增强了其空穴传输能力。此外，接枝在咔唑上的噻吩能与钙钛矿中的Pb²⁺离子发生配位作用，增强了钙钛矿与空穴选择性分子间的结合力，使钙钛矿薄膜结晶度显著提高，缺陷密度降低，进而有效抑制了其在紫外线照射下的降解。

团队还通过引入甲基基团，进一步增强了分子稳定性，并精细调节了Me - TPCP的能级，降低了界面能垒，促进了更高效的空穴提取。凭借这些优势，基于Me - TPCP的反式钙钛矿太阳能电池器件效率提升至25.62%，远高于对照器件的23.85%。同时，这些器件在紫外线稳定性、运行稳定性和热稳定性方面均表现优异。

团队还报道了采用噻吩修饰的π共轭自组装单分子层（SAMs）——TPCP和Me - TPCP作为空穴选择性层（HSLs），制备高效且抗紫外线的反式钙钛矿太阳能电池（PSCs）的成果。这两种新型SAMs均以苯基作为π共轭连接基团，在保护咔唑结构脆弱化学键的同时，构建了更高效的电荷传输路径。在分子顶部引入噻吩基团进一步增强了π共轭性，提高了分子抗紫外线能力，使其能与钙钛矿中未配位的Pb²⁺离子相互作用，增强埋底界面结合能，改善钙钛矿晶体质量，减少缺陷。而在Me - TPCP分子顶部引入甲基基团，实现了对其能带结构的精细调节，提高了分子稳定性。与钙钛矿更优的能级排列有助于降低空穴提取势垒。

合理的分子设计工程带来了紫外线稳定性提升、缺陷钝化能力增强以及优异的空穴提取性能，使得基于Me - TPCP的器件效率显著高于基于4PACZ的对照器件（25.62% vs 23.85%），且在紫外线稳定性、运行稳定性和热稳定性方面均有显著提升。这种创新的分子设计策略，为开发适用于大型户外应用的高效且抗紫外线的反式钙钛矿太阳能电池提供了新思路。

文献信息

Self-Assembled π-Conjugated Hole-Selective Molecules for UV-Resistant High-Efficiency Perovskite Solar Cells

Shantao Zhang, Xue Wang, Yu Wu, Xinyu Li, TianAo Hou, Dehan Li, Wenjing Chen, Jianyu Li, Rongyao Lv, Yue Zhang, Zhengguo Xiao, Tao Chen, Shuang Chen, Zhimin Fang, Shengzhong (Frank) Liu, Shangfeng Yang

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202508782