上海交通大学陈俊超AM：增强聚合物自组装单层膜的基底锚定能力，实现高效稳定的倒置钙钛矿太阳能电池

基于小分子的自组装单层膜作为空穴传输层已在倒置钙酮矿太阳能电池中取得了卓越的效率。然而，小分子不充分的基底覆盖和不足的运行稳定性促使研究人员开发聚合物自组装单层膜作为替代方案。尽管如此，聚合物自组装单层膜的分子构型仍未得到充分探索，导致其性能低于小分子自组装单层膜。

本文中，上海交通大学陈俊超等人研究结果表明，先前报道的 Poly-4PACz 包含的连接位点在单体之间产生了显著的空间位阻，迫使磷酸基团形成交替排列，并降低了基底锚定能力。受此启发，我们通过选择特定的单体连接位点以减少空间位阻，设计了一种新型聚合物自组装单层膜 Poly-4PADCB。因此，Poly-4PADCB 中磷酸基团的排列在聚合后变为单向排列，从而实现更高的覆盖率和改善的分子有序性。这种有序模板促进了高质量钙钛矿的生长，并通过协同偶极叠加效应优化了埋底界面的能级排列。最终，基于 Poly-4PADCB 的钙钛矿太阳能电池实现了 26.90% 的光电转换效率（认证值 26.50%），以及大面积（1 cm²）器件 25.54% 的效率（认证值 25.19%）。

这种稳健的界面结构抑制了自组装单层膜的解吸和扩散，在 ISOS-L-2 协议下进行 2000 小时连续最大功率点跟踪后，仍保持了 96% 的初始性能。

研究亮点：

1. 分子构型工程突破聚合物SAM设计瓶颈：首次揭示聚合物SAM中单体连接位点对磷酸基团排列的决定性作用。Poly-4PACz因3,6-位连接产生空间位阻，导致磷酸基团交替排列、锚定弱；而Poly-4PADCB通过5,9-位连接减少位阻，实现磷酸基团单向排列，锚定能力提升近3倍（吸附能-13.64 eV vs -4.67 eV），覆盖率提高40%。

2. 协同偶极叠加效应实现高效能级调控：单向排列的磷酸基团产生更强的边缘有效偶极矩（4.11 Debye vs 0.35 Debye），通过偶极叠加效应将FTO功函数从-4.52 eV调至-5.01 eV，与钙钛矿能级更匹配（驱动力0.53 eV vs 0.04 eV），显著增强空穴提取。

3. 创纪录效率与超强稳定性：0.09 cm²器件效率达26.90%（认证26.50%），1 cm²大面积器件效率达25.54%（认证25.19%），均为聚合物SAM基倒置钙钛矿电池最高纪录；未封装器件在ISOS-L-2协议（65°C，1-sun光照）下MPPT跟踪2000小时后仍保持96%初始效率，热稳定性（85°C）1000小时后保持93%初始效率。

T. Cen, R. Zhuang, C. Tian, et al. “ Strengthening Substrate Anchoring of Polymeric Self-Assembled Monolayers for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells.” Advanced Materials (2026): e72622.

https://doi.org/10.1002/adma.72622

学术交流QQ群

知光谷光伏器件学术QQ群：641345719

钙钛矿产教融合交流@知光谷（微信群）：需添加编辑微信

为加强科研合作，我们为海内外科研人员专门开通了钙钛矿科创合作专业科研交流微信群。加微信群方式：添加编辑微信pvalley2024，备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由编辑审核后邀请入群。