长春应化所秦川江最新Science：稳定均匀自组装有机双自由基分子用于钙钛矿光伏

来源：印刷钙钛矿光电器件发布时间：2025-07-01 15:19:35

广泛应用于钙钛矿太阳能电池(PSCs)中的有机自组装分子(SAMs)需具备更高的性能，以支撑钙钛矿光伏技术的持续发展。鉴于此，长春应化所秦川江研究员在《Science》上发表题为“Stable and uniform self-assembled organic diradical molecules for perovskite photovoltaics”的文章。本研究通过供体-受体平面共轭策略(coplanar-conjugation of donor-acceptor strategy)设计了双自由基SAMs，以促进空穴在SAMs上的传输。得益于分子位阻设计(molecular steric hindrance design)，该双自由基SAMs表现出优异的光热稳定性与电化学稳定性，同时具备更高的组装均匀性以及大面积溶液可加工性。采用先进的扫描电化学池显微镜-薄层循环伏安法(scanning electrochemical cell microscopy-thin-layer cyclic voltammetry)技术，本研究精确测定了SAMs的载流子传输速率、稳定性及组装特性。最终，基于该SAMs的PSCs实现了超过26.3% 的光电转换效率(PCE)，微型组件(mini-modules, 10.05 cm²)效率达到23.6%，钙钛矿-硅叠层器件(perovskite-silicon tandem devices, 1 cm²)效率则突破34.2%。在45°C下进行最大功率点追踪(MPPT)2000小时后，PSCs仍能保持>97% 的初始效率。原文链接：10.1126/science.adv4551

创新点

双自由基分子设计

首创基于给体-受体平面共轭策略的稳定开壳层双自由基SAMs(RS-1/RS-2)，通过分子位阻设计增强自由基稳定性，同时提升空穴传输效率与溶液加工性。

高精度表征技术

开发SECCM-TLCV联用技术，首次实现SAMs载流子传输速率、组装密度及电化学稳定性的原位精准测量，揭示双自由基SAMs的抗降解机制。

全维度性能突破

单结钙钛矿电池效率26.3%(4 mm²)，大面积组件(10.04 cm²)效率23.6%钙钛矿-硅叠层器件认证效率34.2%(1 cm²)45℃ MPPT测试2000小时后效率保持率>97%，创稳定性纪录。

未来展望

机制深度探索

深入研究双自由基态与钙钛矿界面的自旋相互作用机制，优化分子能级匹配以进一步提升开路电压。

大面积工艺开发

拓展双自由基SAMs在米级钙钛矿组件上的溶液涂布工艺，解决超大面积均匀性控制难题。