该研究提出通过共组装分子杂化策略优化倒置钙钛矿太阳能电池（PSCs）的掩埋界面：将多羧酸功能化芳香化合物4,4’,4’’- 三苯甲酸腈（NA）（励为货号LW0701）与常用自组装分子（SAM）[4-(3,6 - 二甲基- 9H - 咔唑- 9 - 基) 丁基] 膦酸（Me-4PACz）Me-4PACz（励为货号LW0102C）形成NA-Me 杂化层，有效改善Me-4PACz 的润湿性差、团聚问题，减少界面纳米空洞与残余拉伸应力，降低非辐射复合损失；基于该策略的小面积倒置PSCs 获得26.54% 的认证稳态效率（开路电压1.201 V），11.1 cm² 面积的迷你组件认证效率达22.74% ，且在环境空气中1-sun 光照下运行2400 小时后仍保持初始效率的96.1%，为倒置PSCs 商业化提供关键技术路径。
一、研究背景与挑战
倒置PSCs 的重要性：倒置（p-i-n）结构钙钛矿太阳能电池（PSCs）因更高的功率转换效率（PCE）、更好的运行稳定性及与叠层电池的兼容性，被视为该技术商业化的主流路径，目前基于自组装分子（SAM）空穴选择层（HSL）的倒置PSCs 效率已突破25%。
核心瓶颈：常用SAM（如Me-4PACz）存在两大问题：
基底分布不均匀，易团聚；对钙钛矿前驱体润湿性差，导致掩埋界面产生纳米空洞与界面损失，不仅限制PCE 进一步提升，还降低大面积器件的制备yield。
二、核心解决方案：掩埋界面分子杂化策略
杂化体系设计：通过共组装将4,4’,4’’- 三苯甲酸腈（NA） 与Me-4PACz 形成 NA-Me 杂化层，覆盖于氧化镍（NiO）基底表面，具体设计逻辑如下表：
杂化层作用机制（多维度优化）：
界面形貌优化：SEM 表征显示，NA-Me 杂化层使钙钛矿底部表面无明显纳米空洞（Me-4PACz 层存在大量空洞），截面更致密；
结晶度提升：GIWAXS 测试表明，NA-Me 上的钙钛矿（100）晶面散射强度最高，掩埋区域结晶度显著优于 Me-4PACz、BA-Me（苯甲酸杂化）、TA-Me（均苯三甲酸杂化）；
应力释放：GIXRD 测试（2θ-sin²ψ 法）显示，Me-4PACz 层上的钙钛矿呈拉伸应力，而 NA-Me 层上转为轻微压应力，减少器件老化时的分解风险；
缺陷钝化：DFT 计算证实，Me-4PACz 的 π 环可靶向钝化钙钛矿表面的 Pb 空位（V_Pb²⁺）深陷阱，修复断裂的 I-Pb 键（从 6.19 Å 缩短至 4.06 Å），降低非辐射复合。
三、器件性能与稳定性
大面积迷你组件性能（aperture 面积11.1 cm²）：
反向扫描PCE：23.06%；
认证PCE（SIMIT 测试）：22.74%（正向扫描22.58%），为目前倒置钙钛矿迷你组件的最高认证效率。
稳定性表现：
湿热稳定性：封装器件在85℃、85% RH（IEC 61215:2016 标准）下老化500 小时，NA-Me 器件保持97.4% 初始效率，而Me-4PACz 器件仅保留 66.8%；
运行稳定性：在环境空气中65℃、1-sun 等效LED 光照下（MPPT 追踪），NA-Me 器件运行2400 小时后仍保持96.1% 初始效率，Me-4PACz 器件1580 小时后仅保留66.5%。
关键问题
问题1：NA-Me 杂化层为何能同时提升倒置PSCs的效率与稳定性？其核心协同机制是什么？
答案：NA-Me杂化层通过“结构优化- 缺陷钝化 - 能级匹配”的协同作用实现效率与稳定性双提升：
结构优化：NA的多羧酸基团提升钙钛矿前驱体润湿性，减少掩埋界面纳米空洞，同时 NA 与 Me-4PACz 形成π-π相互作用和氢键，打破 Me-4PACz 四聚体团聚，使 HSL 分布更均匀，降低界面串联电阻；
缺陷钝化：Me-4PACz 的 π 环可靶向钝化钙钛矿表面的 V_Pb²⁺深陷阱，修复断裂的 I-Pb 键，减少非辐射复合，直接提升开路电压（V_OC）与填充因子（FF）；
应力释放：杂化层使钙钛矿残余拉伸应力转为轻微压应力，减少器件老化时的晶界开裂与分解风险，同时致密的界面结构阻碍水汽侵入，提升长期稳定性。
问题2：与其他羧酸类分子（如BA、TA）相比，NA 在杂化层中表现更优的关键原因是什么？
答案：NA 的优势源于其分子结构与作用机制的独特性，具体对比如下：
吸附能力更强：MD 模拟显示，在钙钛矿表面，NA 的吸附比例（0.43）显著高于 BA（0.07）和 TA（未明确数值），使杂化层对钙钛矿的覆盖度更高（NA-Me 覆盖度 0.28，BA-Me 0.13，TA-Me 0.18），减少界面暴露；
结合能更高：DFT 计算表明，NA-Me 二聚体的结合能（-0.61 eV）与 Me-4PACz 四聚体的氢键能（-0.62 eV）相当，可有效打破 Me-4PACz 团聚，而 BA-Me、TA-Me 二聚体结合能更低，团聚抑制效果弱；
结晶度提升更显著：GIWAXS 测试显示，NA-Me 上钙钛矿（100）晶面散射强度最高，说明其更利于钙钛矿晶体生长，而BA-Me 仍存在少量纳米空洞，TA-Me 结晶度提升幅度低于NA-Me。
问题3：该研究的NA-Me 杂化策略对倒置PSCs 商业化有哪些关键推动作用？
答案：该策略从“效率- 大面积制备 - 稳定性” 三个商业化核心维度提供解决方案：
效率突破：小面积器件26.54% 的认证稳态效率，是目前单结倒置 PSCs 的最高效率之一，接近产业化所需的效率阈值；
大面积兼容性：11.1 cm² 迷你组件实现 22.74% 的最高认证效率，解决了传统 SAM 因团聚导致的大面积制备 yield 低问题，证明该策略可规模化应用；
稳定性达标：器件在湿热（85℃/85% RH）和长期运行（2400小时）条件下的稳定性远超 Me-4PACz 基线器件，且封装工艺符合 IEC 标准，为后续产业化的可靠性测试奠定基础；
成本可控：NA（励为货号LW0701）与Me-4PACz（励为货号LW0102C）均为商业化易得材料，杂化层制备仅需简单的旋涂-退火工艺，无需复杂设备，适合量产。
