晁凌峰&夏英东&陈永华Nat Commun：定制界面锚定分子以实现高效稳定钙钛矿太阳能电池

来源：知光谷发布时间：2025-12-12 10:48:31

界面偶极分子在实现高性能钙钛矿太阳能电池（PSCs）中起着至关重要的作用。然而，它们在界面处的随机分布常常限制了其有效调控界面能级和载流子提取的能力。

本文南京工业大学晁凌峰、夏英东和陈永华等人报道了一种双功能不对称分子N-(1-羧乙基)亚氨基二乙酸三钠盐（MGDA-3Na），它能够在SnO₂和钙钛矿界面上实现定向排列和稳定锚定。MGDA⁻阴离子中的甲基侧链诱导了分子内电子极化和偶极子重新取向，促进了在SnO₂表面和钙钛矿埋底界面的选择性吸附。这显著提高了界面的均匀性，从而有效钝化了SnO₂表面缺陷并精确调控了钙钛矿晶体生长。这种双重锚定效应不仅通过能级对齐最小化了电荷提取势垒，还引导了钙钛矿的垂直生长，减少了埋底界面缺陷并提升了结晶质量。最终，我们在小面积PSCs中实现了26.43%的功率转换效率（PCE），在5×5 cm²的大面积模块中实现了23.27%的PCE，展现了其工业化应用的潜力。

该器件在氮气手套箱中存放2000小时后仍保持96%的初始效率，在55°C/55% RH条件下800小时后保持96%的效率，在最大功率点连续光照800小时后保持99%的效率。

研究亮点：

创新型分子设计：开发了一种双功能不对称分子MGDA-3Na，通过其甲基侧链实现分子内极化与偶极重排，能够在SnO₂和钙钛矿界面实现垂直双向锚定，解决了传统界面分子随机分布导致的钝化不均和无效偶极问题。
效率与大面积化突破：基于该分子界面工程，获得了26.43% 的小面积器件效率和23.27% 的5×5 cm²大面积模块效率，验证了该策略在实现高效、均匀大面积钙钛矿薄膜制备方面的强大潜力。
卓越的稳定性：器件表现出优异的长期运行稳定性。在氮气手套箱中2000小时、55°C/55% RH湿热条件下800小时以及最大功率点连续光照800小时后，效率保持率分别高达96%、96%和99%，远超对照组，为商业化应用奠定了坚实基础。