

研究背景
全钙钛矿叠层太阳能电池由窄带隙底电池与宽带隙顶电池串联构成,可有效拓宽太阳光谱吸收范围、降低光学损耗,是突破单结电池肖克利 - 奎伊瑟(S-Q)效率极限的核心路径之一。然而,宽带隙(WBG)钙钛矿埋底界面存在缺陷密度高、非辐射复合严重、能级失配等关键瓶颈,导致开路电压(VOC)损失大、电荷提取效率低,严重制约叠层器件的整体性能与稳定性。
自组装单分子层(SAMs)作为空穴选择性接触层,是调控钙钛矿埋底界面的关键手段。但传统 SAMs 多呈平行 / 倾斜堆积,存在表面覆盖不均、分子聚集、界面结合力弱等问题,难以适配宽带隙钙钛矿的界面需求。如何通过分子设计实现 SAMs 的致密直立组装,同时兼顾高效缺陷钝化、优化能级对齐与优异界面稳定性,成为全钙钛矿叠层电池的核心挑战。
南京工业大学的王芳芳和李仁志教授在《Advanced Materials》上发表了题为“Standing up” SAMs for Efficient Wide Bandgap and All-Perovskite Tandem Solar Cells的研究论文。
图文解析

图 1 SAMs 分子构型与界面结合

图 2 SAMs 表面性质与能级对齐

图 3 钙钛矿埋底界面质量与复合抑制

图 4 器件性能与稳定性
结论
本文通过分子结构设计实现了 SAMs 的垂直直立组装,系统揭示了其对宽带隙钙钛矿埋底界面的调控机制,核心结论可整合为:双锚定基团与半柔性联咔唑母核共同构成 SAMs 实现直立构型的关键,可显著提升表面覆盖率与界面结合力,从而有效抑制分子聚集;直立 SAMs 凭借 “缺陷钝化 + 结晶调控 + 能级匹配” 的三重协同作用,既能高效降低宽带隙钙钛矿埋底界面的非辐射复合与电荷提取势垒,又能进一步优化器件的开路电压与填充因子;基于 9,9-DCz 直立 SAMs 的宽带隙单结与全钙钛矿叠层电池均实现了高效且高稳定的性能表现,充分验证了该分子设计策略的普适性与应用潜力,该研究不仅为宽带隙钙钛矿埋底界面工程提供了全新的分子设计思路,更对推动全钙钛矿叠层电池的商业化发展具有重要的指导意义。
文献信息
“Standing up” SAMs for Efficient Wide Bandgap and All-Perovskite Tandem Solar Cells.Advanced Materials.
DOI:10.1002/adma.202521898

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