文章介绍
自组装单分子层（SAMs）在提升p-i-n结构钙钛矿太阳能电池（PSCs）的效率与运行稳定性方面已展现出显著潜力，尤其适用于规模化制造。然而，SAMs在基底上的表面覆盖不均及界面结合力不足，仍是制约其性能进一步提升的关键瓶颈。在PSC器件制备过程中，极性溶剂处理步骤已被证实可诱导弱吸附SAM分子的脱附。
基于此，南方科技大学徐保民等人开发了一种新型SAM材料——4-(5,9-二烯丙基-7H-二苯并[c,g]咔唑-7-基)丁基膦酸（4PADCB-V），其具备原位交联基团，可在紫外光照射下快速聚合。交联后的SAM（crs-4PADCB-V）在极性溶剂暴露下仍保持结构完整性，有效抑制界面缺陷形成，同时增强载流子传输性能并改善钙钛矿薄膜的结晶性。基于此，crs-4PADCB-V器件实现了26.46%的冠军光电转换效率（PCE）（认证效率为25.96%），并在连续光照下进行1000小时最大功率点（MPP）追踪后，仍保持初始效率的91%。该论文近期以“In Situ Crosslinked Self-Assembled Monolayer as Processing Stable Hole Selective Contact in Perovskite Solar Cells”为题发表在顶级期刊Angewandte Chemie International Edition上。
图文信息
图1. a) 紫外诱导交联机制示意图。b) 4PADCB-V在热退火与紫外辐照前后的FT-IR光谱。c)原位表面交联过程示意。d)经紫外处理的4PADCB-V在甲醇洗涤前后的紫外–可见吸收光谱。e)–g) 4PADCB (e)、4PADCB-V (f) 及crs-4PADCB-V (g) 在钙钛矿表面吸附能的计算结果。
图2. a) SAM沉积及钙钛矿在SAM薄膜上沉积过程的模拟示意图。b)、c) 静态溶剂旋涂前后4PADCB (b) 与crs-4PADCB-V (c) 的KPFM表面电势图像。d)三种SAM在静态溶剂旋涂前后的平均CPD变化。e)聚合型SAM抵抗极性溶剂脱附的机制示意图。
图3. a) 从玻璃侧激发的稳态PL光谱。b)双指数拟合的时间分辨PL TRPL衰减曲线（从玻璃侧激发）。c) fs-TAS中GSB峰的衰减动力学。d)–f)分别沉积于4PADCB、4PADCB-V与crs-4PADCB-V上的钙钛矿薄膜埋底界面的SEM图像。g)–i)从钙钛矿侧激发的空间分辨稳态PL mapping图像，对应沉积于4PADCB、4PADCB-V与crs-4PADCB-V的钙钛矿薄膜。
图4. a) PSC器件结构示意图。b) PSC器件的截面SEM图像。c)基于4PADCB、4PADCB-V与crs-4PADCB-V的冠军器件在正反向扫描条件下的J–V特性曲线。d)对每组20个独立器件统计得出的VOC、JSC与FF参数分布。e)采用crs-4PADCB-V的冠军器件的EQE及积分电流密度曲线。f)基于4PADCB、4PADCB-V与crs-4PADCB-V的PSC在稳态输出下的性能。g)不同SAM器件的VOC对入射光强的依赖关系。h)对应器件的暗态J–V特性。i)由电化学阻抗谱（EIS）获得的Nyquist图。j)对应器件的Mott–Schottky分析。k)未封装器件在N₂气氛中、50 °C ± 5 °C腔温下的一太阳光连续最大功率点（MPP）追踪。
总之，作者等人报道了一种引入烯丙基官能化交联位点的SAM材料，可在热退火过程中通过短时紫外辐照实现原位聚合。交联后的SAM薄膜在极性溶剂环境中表现出卓越的工艺稳定性，有效抑制了制造过程中钙钛矿埋底界面的缺陷形成，从而实现了高质量钙钛矿薄膜的沉积。此外，研究发现聚合反应对分子偶极矩的适度调控有助于促进界面载流子输运。基于此，采用crs-4PADCB-V的器件实现了26.46%的优异光电转换效率（PCE）及出色的运行稳定性。crs-4PADCB-V的卓越性能为优化现有SAM材料建立了新范式，并为新型分子设计策略提供了启示。
器件制备
器件结构：
FTO/SAM/PVSK/PI/C60/BCP/Cu
1.洗干净的ITO/FTO玻璃，臭氧30 min，1 mmol/L 4PADCB/4PADCB-V IPA，5000rpm 30s旋涂，4PADCB-V薄膜在退火初始2 min内接受UV辐照（365 nm，796 mW cm⁻²），总退火时间为10 min；50 μL纯IPA 30 s旋洗，退火5 min以去除残留溶剂；
2. 1.65 M Cs0.05FA0.85MA0.1PbI3(FAPbI3, MAPbI3, CsPbI3) 溶于DMF: DMSO (4:1/v:v), PbI2(0.15 M), MACl (0.15 M), PMAI (0.5 mg mL-1) 添加入前驱液，1000rpm 10s+5000rpm 30s旋涂，最后12s CB反相，100°C退火30 min；
3. 0.5 mg mL-1 PI IPA，5000rpm 30s旋涂，100℃退火5 min；
4. 蒸镀30 nm C60；8 nm BCP；100 nm Cu；100 nm MgF2.
文章信息
L. Wang, Z. Liu, J. Zou, S. Peng, D. Wang, P. Zhu, Z. Lei, X. Lei, W. Yang, F. Su, Y. Bao, W. Peng, S. He, J. Zeng, Z. Song, X. Wang, L. Yan, B. Xu, In Situ Crosslinked Self-Assembled Monolayer as Processing Stable Hole Selective Contact in Perovskite Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2025, e17058.
DOI:10.1002/anie.202517058
索比光伏网 https://news.solarbe.com/202511/04/50011748.html
