上交大韓禮元組AEM：協調空穴傳輸單層的結構有序性和界面結合，實現高效反式鈣鈦礦太陽能電池

發表時間：2025-03-27 11:50

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上海交通大學韓禮元教授與王言博教授帶領其團隊，在自組裝單層（SAM）空穴傳輸材料領域取得了重要突破，這一成果極大地推動了反式鈣鈦礦太陽能電池（PSC）性能的快速提升。然而，在實現高度有序SAM結構以及與鈣鈦礦層形成強結合方面，傳統方法面臨諸多挑戰，這不僅導致底部界面缺陷頻發，還限制了SAM在大面積器件制造中的應用。

針對這一難題，韓禮元教授與王言博教授團隊提出了一種創新性的解決方案。他們研發了一種帶有二酰胺端基的功能化共組裝分子，該分子能夠與常用的咔唑基SAM形成超分子相互作用，有效調節其結構有序性，并協同增強與鈣鈦礦Pb-I框架的化學鍵合。這一發現為構建高效且穩定的反式PSC提供了新的可能。

實驗結果顯示，這種目標共組裝SAM助力小面積器件取得了經認證的25.3%的光電轉換效率，并且在1.02平方厘米器件中展現出高度可重復的性能，充分證明了其與大面積制造的良好兼容性。此外，封裝后的器件在85°C下老化1500小時后，仍保持了初始光電轉換效率的92.8%；在65°C下進行**功率點（MPP）追蹤1500小時后，也保持了初始功率轉換效率的91.2%，表現出**的穩定性。

具體來說，團隊報道了一種新型的二酰胺基分子3-UA，該分子與2PACz共組裝，在NiOx上形成了均勻且結構有序的空穴傳輸單層。該分子不僅填補了基底上的未覆蓋位點，增強了與鈣鈦礦的相互作用，形成了致密的空穴選擇性接觸，還通過與基于PACz的自組裝單層形成超分子相互作用，減少了自聚集現象，促進了基底上均勻有序組裝結構的形成。這種方法實現了底部界面的均勻鈍化，有效抑制了缺陷的形成，減少了能量損失，從而使反式鈣鈦礦太陽能電池的功率轉換效率達到了25.3%的領先水平。

值得一提的是，這一研究成果不僅提高了器件的大面積制造兼容性和長期穩定性，還為構建高均勻性、高結構有序性的超薄自組裝單層提供了寶貴的經驗和啟示。這一創新成果有望促進基于高效自組裝單層的反式鈣鈦礦光伏器件制造技術的規模化和商業化，為光電子器件領域的發展注入新的活力。

總之，韓禮元教授與王言博教授團隊的這一研究成果，不僅為反式鈣鈦礦太陽能電池的發展提供了新的思路和方法，也為其他類型光電子器件的研究提供了有益的借鑒和啟示。