论文概览
钙钛矿太阳能电池凭借高功率转换效率（PCE）和低成本制备优势，成为光伏领域的研究热点。其中，采用镍氧化物（NiOₓ）/ 自组装单分子层（SAM）作为空穴传输层（HTL）的倒置钙钛矿太阳能电池（p-i-n 型），因结构简单、兼容性强，更具产业化潜力。然而，NiOₓ表面存在 Ni²⁺和 Ni³⁺混合价态的固有问题，不仅导致 SAM 层难以均匀生长，影响电荷传输效率，高活性的 Ni³⁺还会加速钙钛矿材料分解，严重制约器件的稳定性。为解决这一核心瓶颈，中国科学院化学研究所李永舫&孟磊团队团队设计了一种创新策略：利用新型SAM分子MeOF-4SHCz靶向NiOx表面的富Ni³⁺区域，通过局域氧化还原反应原位形成S–O–Ni键；同时，常规SAM分子MeOF-4PACz继续在Ni²⁺区域通过P–O–Ni键实现稳定锚定。当这两种分子以4:1（w/w）的优化比例复合后，在NiOx表面形成了协同作用的混合SAM层，其覆盖度与均匀性得到显著提升。基于此氧化还原改进型（ROI）-SAM空穴传输层所构筑的倒置钙钛矿太阳能电池，获得了26.5%的优异PCE（认证效率26.28%），并在持续最大功率点（MPP）运行下展现出超过1000小时（T90）的长期稳定性。
技术亮点
1. 靶向型 SAM分子设计
l MeOF-4SHCz中的巯基（-SH）具有强还原性，可与 Ni³⁺发生特异性氧化还原反应，生成磺酸基（-SO₃H）并形成稳定的 S–O–Ni 键。
l 常规 SAM 分子 MeOF-4PACz 则通过-PO (OH)₂与 Ni²⁺区域形成 P–O–Ni 键，二者分工协作，实现对 NiOₓ表面的全面覆盖。
2. 最优复合配比优化
l 当 MeOF-4SHCz 与 MeOF-4PACz 以 4:1（w/w）复合使用时，SAM 层性能达到最优：该配比下，SAM 层在 NiOₓ表面的覆盖度和均匀性显著提升，有效减少界面缺陷。
l 氧化还原反应使 Ni³⁺被还原为 Ni²⁺，降低了 NiOₓ表面化学活性，抑制了其与钙钛矿层的不良反应。
深度精读
图1：ROI-SAM 策略核心机制验证
图 1 聚焦 NiOₓ-钙钛矿界面氧化还原反应，验证 ROI-SAM策略核心机制：a 为新型 SAM 分子 MeOF-4SHCz 结构；b、c 通过 XPS 证实其巯基氧化为磺酸基；f 显示 Ni³⁺被还原，价态均一化；h 通过 XRD 表明钙钛矿结晶质量提升；i 验证常规 SAM 与 Ni²⁺的结合未受影响，整体证实双分子靶向结合的有效性
图2：SAM 层分布均匀性与结合稳定性验证
图 2 聚焦SAM 在 NiOₓ表面的分布特性，通过 KPFM、c-AFM、分子模拟和TOF-SIMS 证实：ROI-SAM 体系电势与电流分布更均一（标准差14.5 mV、RMS 0.134 nA），分子分散性提升；SO₃⁻与PO₃⁻深度一致且横向分布均匀，证明 SAM 层覆盖全面、结合稳定，为电荷传输优化奠定基础
图3：SAM 层与钙钛矿薄膜光电性能优化验证
图 3 聚焦光电性能提升，通过 PL、TRPL、SCLC 等表征证实：ROI-SAM 体系 PL 强度更高、衰减寿命更长（73.1 ns），非辐射复合减少；陷阱填充极限电压更低（0.29 V），缺陷密度降低；TA 测试显示电荷提取更高效；PLmapping 和形貌表征表明钙钛矿薄膜更均匀，晶粒更大，为器件高效运行提供性能支撑。定基础。
图4：钙钛矿太阳能电池光伏性能与稳定性
图4 聚焦器件最终性能，通过多项表征证实优势：截面 SEM 展示完整层状结构；J-V 曲线显示 ROI-SAM 体系 PCE 达 26.5%（认证 26.28%），Jsc、Voc、FF 均优于常规 SAM；EQE 和稳态 PCE 验证效率真实性；TPC 测试表明电荷提取更高效（延迟 0.8μs）；MPP 跟踪显示 T₉₀>1000 小时，证实效率与稳定性双突破。
文献来源
Yuan, M., Wang, Y., Liu, Z. et al. Redox-Improved Self-Assembled Monolayers for Inverted Perovskite Solar Cells. Nat Commun (2025).
https://doi.org/10.1038/s41467-025-66421-4
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索比光伏网 https://news.solarbe.com/202512/15/50014670.html
