文章介绍
紫外线 (UV) 光诱导的降解，尤其是发生在埋地界面，已成为一项重大的稳定性挑战，严重限制了钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的广泛应用。
基于此，中科大杨上峰等人合理地设计合成了新型噻吩修饰的自组装π共轭空穴选择性分子，即(4-(3,6-双(5-甲基噻吩-2-基)-9H-咔唑-9-基)苯基)膦酸 (Me-TPCP)，提供紫外线稳定的高效 PSC。同时掺入苯基和噻吩基团增强了分子共轭，有效保护咔唑核和膦酸基团之间的脆弱键。这种修饰可增强本征 UV 稳定性并改善分子的空穴传输能力。此外，噻吩接枝在咔唑上与钙钛矿中的 Pb2+ 离子配位，增强了钙钛矿与空穴选择性分子的结合。因此，钙钛矿薄膜的结晶度显着提高，缺陷密度降低，从而抑制其在紫外光照射下的降解。通过引入甲基，分子稳定性进一步增强，Me-TPCP 的能级得到微调，从而降低界面能垒，促进更高效的空穴提取。凭借这些优势，基于 Me-TPCP 的倒置 PSC 器件的效率明显高于控制器件 (23.85%)，达到 25.62%。同时，这些器件在紫外线稳定性方面表现出显著增强，以及作和热稳定性的提高。该论文近期以“Self-Assembled π-Conjugated Hole-Selective Molecules for UV-Resistant High-Efficiency Perovskite Solar Cells”为题发表在顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上。
研究亮点：
自组装π共轭分子：利用自组装技术合成的π共轭分子作为空穴选择性层，优化了电池性能。
抗紫外线能力：这些分子显著提高了钙钛矿太阳能电池对紫外线的抵抗力，减少了光降解。
效率提升：采用这种技术的钙钛矿太阳能电池实现了更高的光电转换效率。
研究内容：
该研究专注于通过分子设计来提高钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。科研团队通过自组装技术合成了一系列π共轭分子，并将其应用于钙钛矿太阳能电池中，作为空穴选择性层。这些分子不仅提高了电荷传输效率，还增强了电池对紫外线的防护能力，从而提高了电池的整体性能和稳定性。
研究意义：
性能提升：这项工作提供了一种通过分子设计来提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的新方法。
推动产业化进程：这种自组装π共轭分子技术为钙钛矿太阳能电池的商业化和大规模生产提供了新的可能性，有助于推动绿色能源技术的广泛应用和可持续发展。
科学贡献：该研究为理解和设计高效率、高稳定性的钙钛矿太阳能电池提供了新的视角，对于钙钛矿太阳能电池领域的科学进步具有重要贡献。
图文信息
图1. (a) Me-TPCP和TPCP的分子设计和结构功能关系分析。(b)反应中吉布斯自由能变化的统计分析。(c)TPCP和Me-TCP的合成路线。UV老化前后(d)4PACZ、(e)TPCP和(f)Me-TPCP的1H NMR光谱的变化(左侧图片是12-10ppm之间的光谱放大图)。
图2. (a)三种SAM在FTO上的吸附能(埃兹)的统计。(B)裸FTO、4PACZ/FTO的Sn
3d的X射线光电子能谱(XPS)，TPCP/FTO和Me-TPCP/FTO在UV老化前后的表面电位分布。(c)沉积在FTO上的新鲜自组装膜和365 nm UV老化后的表面电位分布。(d)能级排列图。(e)导电原子力显微镜(c-AFM)(f)具有不同电荷密度的FTO表面上的4PACZ(顶部)、TPCP(中间)和Me-TPCP(底部)的优化构型。
图3. 沉积在(a)4PACZ/FTO、(B)TPCP/FTO和(c)Me-TPCP/FTO衬底上的钙钛矿的顶视图SEM图像和相应的晶粒尺寸分布直方图。(d)钙钛矿的(100)晶面与SAM之间的相互作用的示意图，以及相应的埃兹值。(e)来自自组装膜和具有自组装膜的钙钛矿的S 2 p信号的XPS光谱。(f)(g)不同自组装膜的钙钛矿在空气中以108 mW·cm-2的总剂量在365 nm紫外光下老化72小时前后的XRD图谱。h)新鲜样品和紫外光老化样品XRD中PbI_2峰和钙钛矿(100)峰强度比的变化。(i)新鲜样品和紫外光老化样品的紫外-可见光谱。
图4. (a)基于不同SAM的器件的电流密度-电压(J-V)特性和光伏参数。器件架构。(B)基于Me-TPCP的PSC的外部量子效率(EQE)谱和相应的积分光电流。(c)基于Me-TPCP的冠军器件在最大功率点处的稳定功率输出。(d)PSC在365
nm UV光下的UV光辐照稳定性测量(e)在N2气氛中，1个太阳连续照射下，3种自组装器件1000 h的最大功率点跟踪。(f)在1000
h的连续照射下，3种自组装器件1000 h的最大功率点跟踪。在85 摄氏度 N2手套箱中基于三种类型SAM的PSC的归一化PCE。
图5. 钙钛矿在(a)4PACZ/FTO、(b)TPCP/FTO和(c)Me-TPCP/FTO基底上的TAS伪彩色图。(d)基于三种SAM的钙钛矿稳态PL光谱。(e)沉积在三个SAM上的钙钛矿薄膜的时间分辨光致发光(TRPL)衰减曲线。(f)用不同SAM制备的PSC的瞬态光电流(TPC)衰减。(g)沉积在三个SAM上的钙钛矿的绝对光致发光量子产率(PLQY)和准费米能级分裂(QFLS)。(h)在由FTO/SAMs/钙钛矿组成的钙钛矿中计算的吸收系数与光子能量和Urbach能量的对数(插图)。(i)基于不同SAM的PSC的电致发光外量子效率(EQEEL)曲线。
总之，作者报道了以噻吩修饰的π共轭自组装膜(TPCP和Me-TPCP)为HSL制备的高效抗紫外光的倒置型PSC。这两种新型自组装膜均利用苯基作为π共轭连接基团，有效地保护了咔唑结构的脆弱键，同时建立了更有效的电荷传输途径。噻吩基团在分子顶部的引入进一步增强了π共轭，提高了分子的抗紫外性，并允许与钙钛矿内未配位的Pb
2+离子相互作用，提高了掩埋界面处的结合能，改善了钙钛矿的晶体质量，并减少了缺陷。通过在Me-TPCP顶部进一步引入甲基，我们做得很好-调整其能带结构和提高分子稳定性。与钙钛矿更优化的能级对准有助于降低空穴提取势垒。由于提高了UV由于合理的分子设计工程，Me-TPCP器件的稳定性、增强的缺陷钝化能力和上级空穴提取性能显著高于4PACZ器件，效率达到25.62(23.85%)。此外，它们表现出优异的UV稳定性，这种分子设计策略为开发适用于大型户外应用的高效和UV稳定的倒置PSC提供了一种新方法。
器件制备
器件制备：
MgF2/FTO/SAM/PVSK/PI/C60/BCP/Ag
1. 洗干净的FTO玻璃，臭氧15 min，将SAM和Me-TPCP溶解在DMF/乙醇= 1/4(v/v)的混合溶剂中，浓度为1
mg/mL，3000rpm 30s旋涂，100°C退火10分钟，随后乙醇清洗，3000rpm 30s旋涂，100°C退火5分钟。
2. 1.63M 将21.2 mg CsI, 25.9 mg MAI, 238.3 mg FAI, 16.5 mg MACl, 789.0(+额外5%)
mg PbI2溶于1ml DMF:DMSO=4:1 (v/v)，室温搅拌1h，1000rpm 10s+5000rpm 30s，旋涂结束前10s，180 uL
CB反相，100℃退火30min;3. 0.3mg/mL PI IPA, 5000rpm 30s旋涂，100℃退火5min;4. 蒸镀25nm C60,6nm
BCP;100 nm Ag;120nm MgF2做减反层。
文章信息
S. Zhang, X. Wang, Y. Wu, X. Li, T. Hou, D. Li, W. Chen, J. Li, R. Lv, Y.
Zhang, Z. Xiao, T. Chen, S. Chen, Z. Fang, S. Liu, S. Yang, Self‐Assembled
π‐Conjugated Hole‐Selective Molecules for UV‐Resistant High‐Efficiency
Perovskite Solar Cells. Angewandte Chemie International Edition, (2025).
