论文概览
在反式钙钛矿太阳能电池中，SAM因其能级匹配性好、光吸收损失极小，被广泛用作空穴选择层(HSLs)。然而，传统SAM分子间作用力较弱，容易导致分子团聚、界面接触不良以及严重的非辐射复合损失。针对这一问题，河南大学李萌团队在《Angewandte Chemie》发表创新成果，设计新型2TPA-SP，这种SAM以螺芴单元为桥联骨架，能够与咔唑类SAMs形成强π–π堆叠，显著提升薄膜致密性和界面覆盖度。此外，分子中的甲氧基可与钙钛矿中未配位的Pb²⁺发生配位，有效钝化界面缺陷;三苯胺基团进一步强化了空穴提取与传输能力。，实现倒置器件26.45%认证效率及10×10 cm²组件22.26%效率。
亮点解析
螺芴桥联分子设计：
2TPA-SP分子(图1a)中螺芴桥联双三苯胺结构形成大π共轭体系(偶极矩3.66 D);DFT计算的表面静电势分布图展示BCZ中正点的咔唑环部分容易与2TPA-SP中负电碳碳双键产生π-π相互作用。动态光散射(图1c)证实溶液粒径从1300 nm降至200 nm，抑制BCZ聚集。KPFM(图1d-e)显示表面电势分布均一性提升。并且加入2TPA-SP后使BCZ与钙钛矿间吸附能从-2.18 eV提升至-2.70 eV。
界面调控：
FTIR(图2a)显示PbI₂与2TPA-SP混合后甲氧基峰位移，证实C-O→Pb²⁺配位。XPS(图2b)观测到Pb 4f结合能负移0.9 eV，电子云密度提升，意味着强化学相互作用力的形成。GIWAWS图案展现出增强的钙钛矿(100)晶面信号强度以及对残留PbI2相的减弱(图2c,d)。深度GIXRD(图2e-g)显示钙钛矿晶格残留应力得到有效释放(图2h)。
载流子动力学优化：
稳态PL(图3a)强度降低42%，TRPL(图3b)载流子寿命从1453.6 ns缩至844.6 ns，证实界面处对空穴的高效提取和输运。空间电荷限制电流(图3c)测得空穴迁移率提升31%(4.8→6.3×10⁻⁵ cm²/V·s)。热导纳谱(图3d)显示缺陷态密度全面降低;Nyquist图谱(图3e)重组电阻增大;暗电流(图3f)降低2个数量级，证明对非辐射复合的显著抑制。
器件性能性提升：
2TPA-SP改性器件(图4a)实现Voc= 1.19 V，JSC= 26.02 mA·cm²，FF= 85.41%)，效率26.45%(认证26.09%)。10×10 cm²组件(图4c)效率达22.26%(Voc= 13.58 V，JSC= 2.11 mA·cm²，FF= 77.69%)。稳态MPP追踪(图4d)1000小时后保持初始效率的93.6%(对照组73.4%)。
结论展望
本研究提出一种π共轭分子桥策略，设计新型小分子2TPA-SP(含螺二芴桥接骨架和双端三苯胺单元)，在分子层面，2TPA-SP与咔唑基SAM(BCZ)形成强π-π堆叠并有效抑制分子聚集，形成致密均匀的空穴传输层;在界面处其甲氧基与钙钛矿未配位Pb²⁺形成C-O···Pb配位，有效钝化缺陷，促进了钙钛矿的结晶减少PbI2残留并释放了晶格的残余应力;最终器件效率达26.45%且10×10 cm²大面积模组效率达22.26%，为钙钛矿光伏器件的商业化应用提供参考。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/anie.202514640
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