陈俊超PCE 27.28%!光稳定给体 - 受体界面最小化倒置PSCs能量损失

主要内容

自组装单分子层（SAMs）在提升反式钙钛矿太阳能电池性能方面发挥着关键作用。然而，分子堆积松散、薄膜覆盖不均、与钙钛矿前驱液溶剂的亲和性较弱及能级不匹配等缺陷，会导致器件埋底界面产生显著的能量损耗。

针对上述关键问题，上海交通大学陈俊超等人开展研究，构建了一种光稳定的给体-受体界面，该界面由不对称咔唑基自组装单分子层材料（BrAs）与N-羟乙基邻苯二甲酰亚胺（PIE）共同构筑而成。BrAs分子中单侧的吸电子溴基团既能维持材料对前驱液的优良浸润性，又可将价带偏移量精准降至0.09eV；同时，BrAs的不对称偶极子可诱导咔唑单元发生取向重构，增强分子间的短程库仑相互作用，实现自组装单分子层的紧密堆积与均匀覆盖，从而保障载流子高效且均匀地传输。

此外，这种给体-受体界面还可促进超快能量转移，一方面显著提升BrAs的光稳定性，另一方面使热载流子提取效率提升19%，进一步降低器件能量损耗。尤为关键的是，与钙钛矿晶格匹配的PIE分子可通过对[PbI₆]⁴⁻八面体的锚固作用，诱导钙钛矿薄膜形成（100）晶面择优取向的垂直生长结构——这一锚固作用是调控晶面取向的核心因素，不仅能提升钙钛矿结晶质量、稳定晶体结构，还可有效释放薄膜内部的压应力，其作用原理可归因于PIE分子的原子间距略小于[PbI₆]⁴⁻八面体内部的原子间距；而晶格扩张型分子1,3-二羟甲基-5,5-二甲基乙内酰脲处理后钙钛矿晶格应力显著增大的对照实验结果，也进一步佐证了这一结论（详见补充说明14及补充附图92–94），最终实现埋底界面的长效稳定化。

最终，基于BrAs–PIE界面调控的反式钙钛矿太阳能电池，光电转换效率（PCE）高达27.28%（经第三方认证效率为27.19%）；在遵循ISOS-L-2标准的光照老化测试中，持续光照1500小时后，器件仍可保持初始效率的95%以上。

文献信息

Photostabledonor–acceptorinterfaceforminimizingenergylossininvertedperovskitesolarcells

CongcongTian,AnxinSun,JinlingChen,RongshanZhuang,ChenChen,JiaweiZheng,ShuoLiu,JiajunDu,QianwenChen,LeiCai,ShulinHan,FengTian&Chun-ChaoChen

https://www.nature.com/articles/s41566-025-01827-6