近期，纳米科学与材料工程学院李萌课题组在钙钛矿太阳能电池领域取得新进展，相关成果以“Vertically Oriented Bisphosphonate Self-Assembled Monolayers for Efficient and Thermocycling-Stable Inverted Perovskite Solar Cells”为题，以Research Article形式在国际顶级期刊《先进能源材料》(Advanced Energy Materials) 上发表。

论文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.70814

倒置结构的钙钛矿太阳能电池常使用自组装单分子层（SAMs）作为空穴传输层，其具有可调节的能级、可忽略的寄生吸收等优势。然而传统的SAM分子往往存在取向无序、与透明导电氧化物基底及钙钛矿层的相互作用弱的问题。这些问题不仅会导致能级不匹配和电荷提取受阻，加剧界面处的非辐射复合能量损失，还会直接影响上层钙钛矿薄膜的成核与结晶质量，从而严重影响钙钛矿光伏器件的效率和运行稳定性。

图1 基于新型自组装分子的器件结构示意图及相应的器件效率

针对上述问题，河南大学李萌教授团队创新地提出了“集成化分子设计”策略，合成了一种新型结构的SAM分子（MeS-BPADCP）。双膦酸锚定基团能够增强和ITO的结合作用，促进分子在基底上形成致密、近乎垂直的取向；使用刚性的芳香族连接体替代传统柔性烷基链，通过π-π相互作用促进分子有序紧密堆积；利用硫原子与钙钛矿表面的未配位铅离子（Pb²⁺）形成稳定的Pb–S配位键，有效钝化界面缺陷，增强界面接触。基于这一策略，实现了26.73%的最优器件效率，且在−40℃至85℃的温度循环测试（ISOS-T-3协议）中，经过240次循环后，器件仍保持初始效率的93.3%，展现出极佳的稳定性（对照组仅保留76.2%）。该项工作为高性能、长寿命钙钛矿光伏技术的商业化应用提供了重要的材料基础和设计思路。

河南大学纳米科学与材料工程学院为论文第一通讯单位，河南大学纳米科学与材料工程学院2023级硕士生郭帅和苏州大学功能纳米和软物质研究院2023级硕士生刘桂旺为论文共同第一作者，河南大学李萌教授、吴洪卓博士和苏州大学樊健教授为论文的通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委、河南省科学技术厅和河南大学的大力支持。