论文概览
针对FA-Cs基钙钛矿在反式太阳电池中结晶控制难、晶向无序等关键问题，华中科技大学陈炜、刘宗豪团队联合北京工业大学卢岳及深圳职业技术大学李竞白团队于顶级期刊《Nature Energy》发表题目为“Aromatic interaction-driven out-of-plane orientation for inverted perovskite solar cells with improved efficiency”的研究成果，他们利用萘铵盐（BNAC）的铵基占据FA⁺位点、萘磺酸盐（PHNS）的磺酸基配位Pb²⁺，并借助萘环间的紧密芳香堆积，成功诱导钙钛矿沿（100）晶面实现沿面外取向的结晶生长，显著提升晶体质量与载流子传输性能。基于此，倒置钙钛矿太阳电池实现了27.02%的PCE（认证效率26.88%），并在连续光照、最大功率点跟踪2000小时后仍保持98.2%的初始效率。
亮点解析
GIWAXS图案显示改性薄膜在（100）晶面散射环90 °方位角处信号明显增强，对应面外取向性，计算出的Herman因子从对照组的-0.009提升至-0.110，证实该晶面沿面外取向性的显著增强；截面TEM图像直观展示了对照组晶界不规则且非贯穿的特点，而改性组具备笔直贯穿的晶界结构，证明了高度有序的结晶行为；高分辨TEM及NBD图案显示对照组混合存在（100）和（110）晶面，而改性组仅显示均匀的（100）晶面排列，微观应变分布分析表明改性薄膜应变均匀性显著提升，这些结果共同证实了PHNS + BNAC双分子添加剂通过芳香相互作用诱导了晶体的取向性和结构均匀性。
交叉截面TEM结合电子能损谱（EELS）和红外原子力显微（AFM-IR）分析证实PHNS和BNAC主要分布于晶界处；晶体堆叠模型表明PHNS的羟基和磺酸基与Pb²⁺配位，BNAC的铵基占据FA⁺位点，双分子萘环通过约3.6 Å的芳香堆叠相互作用，协同稳定了晶体界面；理论计算显示双分子系统与PbI₂的结合能显著提升至-1.98 eV，远高于单分子体系（PHNS- PbI₂: 0.87 eV），说明PHNS与BNAC的芳香堆叠增强了钙钛矿成核生长过程的有序性。
稳态PL光谱在260-660 nm激发波长下均显示改性薄膜PL强度显著增强；TRPL分析显示载流子平均寿命从对照组的893 ns延长至1500 ns，证明对缺陷的显著钝化；PLQY从对照组的0.69%提升至7.78%，对应准费米能级分裂增强62.3 meV，直接贡献于开路电压提升；KPFM图像显示改性薄膜表面电位升高约200 mV且分布更平坦，UPS分析证实费米能级向导带底移动0.34 eV，形成n型表面层，优化了能级对齐。
改性最优器件效率达27.02%，（Voc= 1.203 V, Jsc= 25.51 mA/cm², FF= 85.13%）认证效率为26.88%，现居常规带隙单结钙钛矿电池前列。大面积组件（11.09 cm²）认证稳态效率达23.18%；全钙钛矿叠层电池认证效率达29.07%。封装器件在85 ℃/ 85%相对湿度下老化600小时后保持95.9%初始效率，在MPP跟踪+光照下2000小时后仍保持98.2%，展现出卓越的操作稳定性。
结论展望
本研究通过引入双分子芳香相互作用的新颖设计，成功实现了钙钛矿晶体（100）晶面沿面外取向生长与多重缺陷协同钝化，最终在单结、模块与叠层电池中均制备了高效稳定的光伏器件，进而为推动钙钛矿光伏技术走向产业化提供了可行的材料设计参考。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41560-025-01882-x
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