不均勻的空穴選擇性自組裝分子層（SAMLs）通常源于錨定基團(tuán)與金屬氧化物之間的結(jié)合不足，尤其是在制備單片鈣鈦礦/硅疊層太陽(yáng)能電池（P/S-TSCs）時(shí)，疏水性咔唑增加了高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的制備難度。
為此，中國(guó)科學(xué)院福建物構(gòu)所高鵬、宣城先進(jìn)太陽(yáng)能技術(shù)研究所Enbing Bi、張江實(shí)驗(yàn)室Dongdong Li等人開(kāi)發(fā)了一種基于倒置咔唑核心的雙齒錨定超潤(rùn)濕芳香族SAM作為空穴選擇性層（HSL），命名為((9H-咔唑-3,6-二基)雙(4,1-亞苯基))雙(膦酸)（2PhPA-CzH）。雙膦酸錨定增強(qiáng)了吸附能力，實(shí)現(xiàn)了高效的空穴提取和傳輸，而倒置取代的咔唑環(huán)提供了超潤(rùn)濕底層，使得鈣鈦礦薄膜具有高質(zhì)量和最小化的能量失配。優(yōu)化后的寬帶隙（1.68 eV）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSCs）實(shí)現(xiàn)了22.83%的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE），并在濕熱條件（ISOS-D-3，85% RH，85°C）下表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性（T90超過(guò)1000小時(shí)）。
此外，2PhPA-CzH功能化的復(fù)合層擴(kuò)展至亞微米金字塔紋理SHJ，制備的P/S-TSCs在1 cm2活性面積上實(shí)現(xiàn)了32.19%的效率（認(rèn)證效率31.54%），同時(shí)保持了出色的光穩(wěn)定性。
文章亮點(diǎn)總結(jié)
創(chuàng)新分子設(shè)計(jì)：通過(guò)雙齒錨定和倒置咔唑核心設(shè)計(jì)的新型SAM（2PhPA-CzH），顯著提升了空穴提取能力和薄膜潤(rùn)濕性，解決了傳統(tǒng)SAM在粗糙表面吸附不均的問(wèn)題。
高效穩(wěn)定性能：寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池實(shí)現(xiàn)22.83%的PCE，濕熱穩(wěn)定性超過(guò)1000小時(shí)；疊層電池效率突破32.19%，為商業(yè)化應(yīng)用提供了重要參考。
界面能量調(diào)控：2PhPA-CzH通過(guò)增強(qiáng)分子偶極矩和界面電荷轉(zhuǎn)移，優(yōu)化了能級(jí)對(duì)齊，減少了非輻射復(fù)合損失，為高效疊層器件設(shè)計(jì)提供了新思路。
Achieving 32% Efficiency in Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells with Bidentate-Anchored Superwetting Self-Assembled Molecular Layers
Chi Li, Yong Chen, Yuheng Li, Zhewei Zhang, Jing Yang, Yao Wang, Lijie Gong, Zhen Yuan, Lusheng Liang, Siyi Liu, Yongxin Zhu, Chongyan Lian, Mustafa Haider, Tie Guo, Xiaohua Xu, Dongdong Li, Enbing Bi, Peng Gao
First published: 02 April 2025
https://doi.org/10.1002/ange.202502730
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