电子传输层(ETL)是钙钛矿太阳能电池(PSCs)的关键组件，极大地影响着其光伏性能。鉴于此，洛桑联邦理工学院Michael Grätzel、Paul J. Dyson、Ursula Rothlisbergert团队在期刊《Advanced Materials》发文，题为“Dopamine Dopes the Performance of Perovskite Solar Cells”，在目前使用的各种 ETL 材料中，SnO₂因其独特的优势而脱颖而出，包括低温制备、快速电子提取能力以及其导带边缘与常用钙钛矿配方的优异能量匹配。然而，目前使用的 SnO₂层含有表面缺陷，如羟基和氧空位，这些缺陷会在 n-i-p 型 PSCs 的溶液处理过程中阻碍高结晶度和无缺陷钙钛矿薄膜的理想生长，降低其功率转换效率(PCE)和稳定性。本文在 SnO₂薄膜上引入了多巴胺盐酸盐(DACl)自组装单层(SAM)，其邻苯二酚部分牢固地附着在 SnO₂表面，而其甲铵基团则为钙钛矿层的生长提供模板。在 ETL 和钙钛矿之间的界面处引入多巴胺 SAM 可显著提高太阳能 电池的 PCE，同时大大增强 PSC 的稳定性。这一发现展示了这种众所周知的神经递质对 PSCs 光伏性能的惊人益处，本文通过 DFT 和分子动力学计算对其进行了合理的解释。
创新点
1、界面工程创新：首次将多巴胺盐酸盐(DACl)自组装单层(SAM)引入 SnO₂电子传输层与钙钛矿的界面，通过邻苯二酚基团对 SnO₂表面缺陷(如羟基、氧空位)的高效钝化，显著改善钙钛矿薄膜的结晶质量，抑制非辐射复合。
2、双功能模板机制：多巴胺的甲铵基团作为钙钛矿晶格表面的 “A 位阳离子” 模板，引导钙钛矿晶粒定向生长，形成更大尺寸(平均晶粒从 0.62 μm 增至 1.5 μm)、更高纯度的 α-FAPbI₃相，避免低效 δ 相的形成，同时通过分子间有序排列构建紧凑的界面层。
3、理论与实验结合：通过密度泛函理论(DFT)和分子动力学(AIMD)计算揭示多巴胺 SAM 的作用机制，发现多巴胺去质子化后形成的带负电界面层与 SnO₂表面的正电荷层形成偶极场，促进电子从钙钛矿向 ETL 的定向传输，同时通过巴德电荷分析证实界面电荷再分布对能量匹配的优化。
未来展望
1、拓展 SAM 材料体系：探索多巴胺衍生物(如不同取代基修饰的邻苯二酚类分子)在 n-i-p 型 PSCs 中的应用，进一步优化界面能级匹配与疏水性，同时研究其在 p-i-n 结构中的适用性，拓展 SAM 在全钙钛矿叠层电池中的界面工程潜力。
2、规模化制备与稳定性优化：开发适用于大面积涂层的多巴胺 SAM 沉积技术(如喷涂、气相沉积)，解决当前浸涂法在工业生产中的局限性;结合封装技术，研究多巴胺 SAM 对长期湿热、紫外老化环境的防护机制，推动高稳定性 PSCs 的商业化进程。
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