黄劲松等人AEL：磷酸基团位置调控咔唑自组装分子的面朝上与边朝上构型及其对钙钛矿太阳能电池性能的影响

自组装分子（SAMs）因其可调控性和低成本合成优势，成为钙钛矿太阳能电池中极具前景的空穴传输材料。

本研究科罗拉多矿业大学Alan Sellinger和北卡罗来纳大学黄劲松等人设计合成了一系列磷酸基团（PA）位于咔唑环2位或3位的咔唑基SAMs，系统探究了结构变化对其在透明导电氧化物（TCO）基底上能级排列与分子堆叠方式的影响。研究发现，PA基团的位置显著影响SAMs的功函数，进而调控电荷收集效率与器件性能。柔性乙基连接基团促使分子采取面朝上（face-on）取向，形成比乙烯基连接基更薄的界面层，而乙烯基则更倾向于边朝上（edge-on）排列。

这种分子堆叠方式的变化改变了界面电学特性与稳定性，其中面朝上构型通过增强与钙钛矿界面的结合强度，降低了串联电阻并提升了光热稳定性。本研究凸显了分子设计在优化SAMs取向与界面特性方面对提升钙钛矿太阳能电池效率与耐久性的重要性。

文章亮点：

1. 分子构型精准调控：通过将磷酸基团置于咔唑环的2位或3位，结合乙基/乙烯基连接基，实现了SAMs在基底上的面朝上或边朝上取向控制，乙基连接促进面朝上排列，形成更薄且更稳定的单分子层。

2. 界面能级与电学性能优化：3位取代的SAMs具有更低的功函数，有效降低器件串联电阻，提升填充因子和短路电流密度，使基于EtCz3EPA的器件效率达21.37%，混合HTM器件效率达24.19%。

3. 显著增强光热稳定性：面朝上构型的SAMs（如EtCz3EPA）与钙钛矿界面结合更强，在60°C光照老化测试中T90寿命延长至约780小时，混合HTM结构更达1690小时，远超2PACz基准体系。

Phosphonic Acid Group Positions Dependent Face-on and Edge-on Configurations in Carbazole-Based SAMs and Impacts on Perovskite Solar Cell Performance

Chengbin Fei, Anastasia Kuvayskaya, Tristan Huskie, Shaojie Wang, Chuanhang Guo, Huanxin Guo, Mengru Wang, Alan Sellinger, and Jinsong Huang

ACS Energy Letters 0, 10

DOI: 10.1021/acsenergylett.5c02098

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.5c02098

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