Nat. Synth：对称性驱动的长程有序π–π堆叠分子工程用于高效钙钛矿光伏器件

分子工程的发展在过去五年中显著提升了反式p-i-n钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，使其超越了常规n-i-p结构。通过策略性设计对称分子以缓解空间位阻，进而在衬底上形成长程有序的π–π堆叠，为增强分子自组装的结构有序性提供了有效途径。

本文深圳职业技术学院李竞白、香港科技大学章勇、南方科技大学王行柱和徐保民等人合成了一种具有均匀电子离域的轴向对称分子——(2-(芘-2-基)乙基)膦酸（pPy），该分子可在氧化铟锡衬底上形成长程有序的π–π堆叠组装。此外，pPy薄膜在q = 0.27 Å⁻¹处展现出强烈且完整的Debye-Scherrer环，具有高度有序的面朝上取向，并显示出更均匀的空间分布，从而有效促进了电荷传输。基于pPy制备的钙钛矿太阳能电池实现了26.6%的光电转换效率，并在ISOS-L-1I协议下连续模拟太阳光照3,000小时后仍保持初始效率的94%。

文章亮点：

1. 提出对称分子pPy，实现长程有序π–π堆叠与面朝上取向
   通过精准合成轴向对称的pPy分子，有效降低空间位阻，促进分子在ITO衬底上形成高度有序的面朝上π–π堆叠结构，显著提升电荷传输效率。

2. 器件效率突破26.6%，认证效率达26.08%
   基于pPy的反式钙钛矿电池在小面积（0.0714 cm²）器件中实现26.6%的最高效率，并具备优异的重复性与稳定性，连续光照3,000小时后仍保持94%初始效率。

3. 广泛适用于多种钙钛矿体系，包括全钙钛矿叠层电池
   pPy不仅在1.54 eV单结电池中表现优异，也成功应用于1.77 eV宽带隙电池及全钙钛矿叠层电池，后者效率高达29.36%，展现出强通用性

Zhu, P., Liu, Z., Lei, X. et al. Symmetry-driven engineering of long-range-ordered π – π stacking molecules for high-efficiency perovskite photovoltaics. Nat. Synth (2025).

https://doi.org/10.1038/s44160-025-00896-3

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