中山大學(xué)畢冬勤AM：鄰苯二酚錨定基團(tuán)助力錫-鉛鈣鈦礦全鈣鈦礦疊層效率突破28.3%

全鈣鈦礦疊層太陽能電池的性能很大程度上取決于錫-鉛窄帶隙子電池的特性。2PACz等自組裝單分子層在鉛基鈣鈦礦太陽能電池中已取得巨大成功，但其在錫-鉛鈣鈦礦電池中的應(yīng)用仍有限，主要源于載流子提取能力不足與界面穩(wěn)定性欠佳。

本研究中山大學(xué)畢冬勤等人首次設(shè)計(jì)并引入一種新型SAM分子——9-(3,4-二羥基苯基)-9H-咔唑，其具有共軛鄰苯二酚錨定基團(tuán)，應(yīng)用于錫-鉛鈣鈦礦電池中。相比基于膦酸的2PACz，DOPhCz可形成更均勻、規(guī)整的SAM層，促進(jìn)鈣鈦礦更均勻成核、改善結(jié)晶質(zhì)量，降低界面缺陷密度，從而提升器件性能。此外，DOPhCz加速空穴提取并減少器件工作過程中的化學(xué)擾動(dòng)?；贒OPhCz的錫-鉛鈣鈦礦電池實(shí)現(xiàn)了24.17%的光電轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)于基于2PACz的器件，且運(yùn)行穩(wěn)定性顯著提升。應(yīng)用于全鈣鈦礦疊層電池時(shí)，效率達(dá)到28.30%。

本工作為SAM誘導(dǎo)的界面穩(wěn)定機(jī)制提供了清晰解釋，并為高性能全鈣鈦礦疊層器件的分子工程設(shè)計(jì)提供了重要見解。

研究亮點(diǎn)：

1. 新型鄰苯二酚錨定基團(tuán)SAM設(shè)計(jì)：首次將具有共軛鄰苯二酚錨定基團(tuán)的DOPhCz用于Sn-Pb鈣鈦礦電池，其弱酸性（pH≈6.0）顯著低于2PACz（pH≈3.4），減少界面質(zhì)子擾動(dòng)，提升化學(xué)穩(wěn)定性。

2. 協(xié)同優(yōu)化結(jié)晶與界面性能：DOPhCz剛性共軛結(jié)構(gòu)促進(jìn)SAM層有序緊密排列，增強(qiáng)表面親水性，引導(dǎo)鈣鈦礦沿(100)晶向擇優(yōu)生長(zhǎng)，形成致密無孔洞薄膜，顯著降低埋底界面缺陷密度。

3. 高效穩(wěn)定全鈣鈦礦疊層電池：基于DOPhCz的Sn-Pb子電池效率達(dá)24.17%，全鈣鈦礦疊層效率達(dá)28.30%；在最大功率點(diǎn)連續(xù)運(yùn)行500小時(shí)后仍保持80%初始效率，界面與運(yùn)行穩(wěn)定性顯著優(yōu)于2PACz體系。

T. Kong, W. Chen, Z. Zhao, Y. Liu, and D. Bi, “ Catechol-Functionalized Self-Assembled Monolayer for Highly Efficient Sn─Pb and All-Perovskite Tandem Solar Cells.” Advanced Materials (2025): e17139.

https://doi.org/10.1002/adma.202517139

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