SAM
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。
面向织构化钙钛矿/硅叠层太阳能电池中自组装分子（SAM）在粗糙表面覆盖不均、电荷提取效率受限的关键挑战，德国慕尼黑大学、南方科技大学、香港城市大学等多国联合团队创新性提出溴功能化共轭连接体自组装分子设计策略。该研究通过精准调控SAM分子结构，引入溴原子增强界面钝化，并采用共轭芳香连接体促进分子紧密堆积，从而在工业级CZ硅片上实现了高效稳定的钙钛矿/硅叠层电池。研究团队首先发现商用SAM材料4PADCB中的微量溴杂质意外提升了器件性能，进而设计合成了溴取代类似物Bz-PhpPABrCz，并与非溴化分子Bz-PhpPACz形成二元混合SAM体系。该混合SAM在织构硅表面展现出优异的覆盖均匀性、增强的电荷提取能力和显著的界面缺陷钝化效果。基于此，研究团队在织构化CZ硅底电池上制备的钙钛矿/硅叠层太阳能电池实现了31.4%的认证效率，并展现了卓越的运行稳定性。该研究以"Enhanced charge extraction in textured perovskite-silicon tandem solar cells via molecular contact functionalization"为题发表在能源领域顶级期刊《Joule》上。
基于此，刮涂钙钛矿太阳能电池实现26.0%的光电转换效率，20.25cm孔径面积的微型模组效率达22.5%，并在国际有机光伏稳定性峰会标准条件下运行2100小时后无性能衰减。大面积804cm模组：效率为20.2%。此外，有效面积达804cm的子组件实现了20.2%的高效率，为钙钛矿光伏技术的实用化奠定了基础。最终热蒸发Cu250nm完成互连。
深度精读图1：分子弹簧机制解析图1揭示了TorsionerSAM通过可逆热驱动苯环扭转释放钙钛矿应变的分子机制。光谱实验证实，TorsionerSAM在加热时出现可逆的荧光猝灭和拉曼峰位移，而刚性结构的FixerSAM无明显变化。图2：应变释放效果验证图2通过多维度表征证实TorsionerSAM显著降低钙钛矿薄膜残余应变。
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。交联后的SAM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，并在连续光照下进行1000小时最大功率点追踪后，仍保持初始效率的91%。f)基于4PADCB、4PADCB-V与crs-4PADCB-V的PSC在稳态输出下的性能。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及出色的运行稳定性。
显著提升了SAM层的处理稳定性和界面质量。图2：交联SAM膜的溶剂稳定性与界面特性分析图2通过系统的实验表征揭示了交联SAM膜在极性溶剂环境下的稳定性优势。图4：交联SAM基钙钛矿太阳能电池性能与稳定性突破图4展示了基于交联SAM的钙钛矿太阳能电池的卓越性能。
论文总览针对倒置PSCs中自组装分子在氧化铟锡界面上吸附构型难以精确调控的瓶颈问题，河大申楠/陈石、港城大曲歌平/AlexK.-Y.Jen等人创新性地提出了通过精控共组装策略实现SAM取向调控的新方法。研究以Ph-4PACz为主体SAM，引入BCA与BSCA作为共组装分子，利用理论模拟与实验验证相结合，系统揭示了共组装分子对Ph-4PACz取向、薄膜均匀性、能级排列及界面质量的影响机制。图e的XPS显示In3d峰蓝移，证实锚定。
韩国高丽大学JaeWonShim、JiHohonJo团队设计了一种极简分子结构的自组装单层材料BPA，仅含苯环核心与磷酸锚定基团，通过精准界面能级调控，成功实现OPV与OPD的双高性能。该研究以“BifunctionallyDrivenOrganicPhotonicConversionDevicesFacilitatedbyMinimalisticSynthesis-BasedInterfacialEnergeticAlignment”为题发表于《AdvancedMaterials》。该材料通过精准的界面调控，在实现28.6%的高效室内光电转换与fW级超低噪声探测的同时，更将成本降低了720%以上，最终在效率、稳定性与成本之间实现了卓越的平衡。
近年来，自组装单分子层因其超薄特性、优异界面钝化能力以及可精确调控的能级，成为空穴传输层领域备受关注的新兴候选材料。然而，实现自组装单分子堆积密度、电荷传输效率与缺陷钝化之间的最佳平衡仍是一项挑战。近日，河南大学陈石团队在《NatureCommunications》期刊发表题为“Flexibilitymeetsrigidity:aself-assembledmonolayermaterialsstrategyforperovskitesolarcells”的研究论文。该研究提出了一种SAM材料协同设计策略，通过结合柔性头部基团与刚性连接基团来实现这一目标。
氟掺杂氧化锡玻璃是钙钛矿太阳能电池商业化中最具潜力的基底之一，但其粗糙表面导致空穴传输层覆盖不均匀的问题长期存在。该研究为FTO基p-i-nPSCs的高效、高稳定性及可重复制备提供了新思路。文章亮点总结互补型HTL设计：PTAA与SAM在FTO粗糙表面的分区覆盖，解决了单一材料无法均匀覆盖的难题，降低界面能量损失。卓越稳定性：未封装器件在持续1000小时光照老化测试后效率零衰减，为FTO基p-i-nPSCs的工业化提供了可靠方案。
