四川大學吳義輝&彭強Angew：分子集成策略同步調控晶體生長與界面能量損失實現高效倒置鈣鈦礦太陽能電池

嚴重的界面能量損失與較差的晶體質量仍是高性能鈣鈦礦太陽能電池面臨的主要限制。

本文四川大學吳義輝和彭強等人報道了一種通過分子集成策略設計的多功能分子——1,3-丙二胺二巰基乙酸酯（PDA(AcSH)?），可同時解決上述挑戰。PDA2?陽離子優先富集在鈣鈦礦/C??界面，建立場效應鈍化，抑制界面接觸誘導的非輻射復合；同時，AcSH?陰離子均勻分布于整個鈣鈦礦層，通過–SH和–COO?雙位點配位調控晶體生長并鈍化帶電缺陷。AcSH?中可還原的–SH基團還能將光熱生成的I?/I??物種轉化為I?，形成可逆的S–S二聚體，并在紫外光照下光解再生–SH基團，從而實現動態缺陷修復的自維持氧化還原循環，增強前驅體與薄膜的穩定性。優化后的小面積（0.09 cm2）器件實現了26.88%的優異效率，非輻射電壓損失僅為64 mV。該策略具有良好的可擴展性，在1 cm2器件和12.96 cm2微型模組上分別實現了24.92%和22.73%的效率。

本工作凸顯了合理分子設計在同時抑制體相與界面能量損失方面的有效性，為下一代高性能、高穩定、可擴展的鈣鈦礦太陽能電池開辟了道路。

研究亮點：

1. 單分子雙功能集成設計：巧妙設計PDA(AcSH)?分子，其陽離子部分（PDA2?）在鈣鈦礦表面富集，通過場效應鈍化抑制界面非輻射復合；陰離子部分（AcSH?）均勻分布于體相，通過–SH/–COO?雙位點配位調控結晶并鈍化缺陷，實現“一分子”同步解決界面與體相問題。

2. 動態自修復氧化還原循環：AcSH?中的–SH基團可還原光熱產生的I?/I??，自身氧化為S–S二聚體；該二聚體在紫外光照下（并可借助鈣鈦礦中金屬Pb的電子）再生–SH，形成可持續的氧化還原循環，實現長期動態缺陷修復與穩定性提升。

3. 高效率、低損失、高可擴展性：優化后小面積器件效率達26.88%（認證26.4%），非輻射電壓損失僅64 mV；策略成功拓展至1 cm2器件（24.92%）和12.96 cm2微型模組（22.73%），并展現出優異的長期儲存與運行穩定性，具備規模化應用潛力。

Molecular Integration Strategy Enables Simultaneous Modulation of Crystal Growth and Interfacial Energy Loss for Efficient Inverted Perovskite Solar Cells

Yuqi Yao, Qi Wang, Dr. Wei Hui, Prof. Lin Song, Prof. Xiaopeng Xu, Prof. Yihui Wu, Prof. Qiang Peng

First published: 24 December 2025

https://doi.org/10.1002/ange.202524806

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