武汉大学余桢华《SA》|富含胺基的交联模板:构建增强型自组装单分子层,用于稳定钙钛矿太阳能电池组件

作为高效p-i-n钙钛矿太阳能电池（PSCs）中最常用的空穴选择性材料，自组装单分子层（SAMs）因其结构脆弱和键合强度较弱，在长期稳定性方面仍面临巨大挑战。为了构建更坚固的给体-受体界面，本研究采用富含胺类的交联模板来引导SAM层的生长。聚合物胺与SAMs之间增强的库仑相互作用促进了SAM生长网络的形成，从而减少了SAMs的自聚集现象，并制备出覆盖率高、分布均匀的SAM薄膜。这一设计最大限度地减少了基底暴露，抑制了钙钛矿材料的降解。因此，未封装的小型组件在 ISOS -D-1条件下老化10,190小时后，仍能保持初始效率的94.19%；在 ISOS -L-2条件下老化744小时后，仍能保持初始效率的93.37%。优化的界面与钙钛矿薄膜最大限度地减少了载流子传输损失，使得PSC、小型组件及子组件（孔径面积分别为14.4 cm²和700 cm²）的峰值效率分别达到27.07%（认证值为26.39%）、24.03%和18.48%。

图1. MeO-2PACz与 PEIE 的分子结构及化学相互作用。(A)MeO-2PACz与 PEIE 之间离子键的形成机制。(B)MeO-2PACz及MeO-2PACz + PEIE 的静电势与分子偶极矩。(C)通过DLS表征测得的MeO-2PACz及MeO-2PACz + PEIE 溶液中颗粒尺寸分布。(D)MeO-2PACz及MeO-2PACz + PEIE 的¹H-NMR谱图。(E)MeO-2PACz及MeO-2PACz + PEIE 的 FTIR 谱图。(F)钙钛矿薄膜的力-位移曲线。插图：用于拉伸应力测量的结构示意图。

图2. 均质钙钛矿薄膜的形成机制。(A) ITO/SAM基底及(B) ITO/SAM + PEIE 基底上的原子力显微镜图像。(C) 和 (E) 分别对应 ITO/SAM 基底，(D) 和 (F) 分别对应 ITO/SAM + PEIE 基底，在 1024 和 1114 cm⁻¹ 处获取的 PiFM 图像。比例尺为 1 μm。(G) 和 (H) 分别为沉积于 ITO/SAM 及 ITO/SAM + PEIE 基底上的钙钛矿薄膜底部界面的透射电子显微镜俯视图。比例尺为 200 nm。(I) 基于 KPFM 映射绘制的沉积于 ITO/SAM 及 ITO/SAM + PEIE 基底上钙钛矿薄膜底部界面的电势分布图。(J) 槽模涂布工艺中 MeO-2PACz 及含聚合物网络模板的 MeO-2PACz 自组装过程示意图。

图3. SAM/钙钛矿界面处的载流子传输与均匀性。在沉积于(A)ITO/SAM及(B)ITO/SAM + PEIE 基底上的钙钛矿薄膜中，选取五个区域测得的底部界面光致发光光谱。插图：6 cm × 6 cm钙钛矿薄膜的示意图。(C)沉积于ITO/SAM及ITO/SAM + PEIE 基底上的钙钛矿薄膜底部界面的 TRPL 曲线。(D)沉积于玻璃/SAM及玻璃/SAM + PEIE 基底上的钙钛矿薄膜底部界面的 PLQY 与 QFLS 值。器件结构：玻璃/SAM/钙钛矿。(E)相应 GSB 峰的归一化载流子动力学曲线。(F)对照组与 PEIE 改性PSC的光强依赖性VOC曲线。通过狭缝模压法沉积于(G)ITO/SAM及(H)ITO/SAM + PEIE 基底上的钙钛矿薄膜中，选取九个区域测得的底部界面光致发光分布图。钙钛矿薄膜尺寸为30 cm × 30 cm。

图4. PSCs及组件的光伏性能与稳定性。(A)活性面积为0.09 cm²的冠军PSC在反向扫描下的J-V曲线；(B)经认证的冠军PSC的J-V曲线；(C)小型组件的光电转换效率统计结果；(D)活性面积为14.40 cm²的冠军小型组件在反向扫描下的J-V曲线。插图：PSMs的结构示意图；(E)沉积于ITO/SAM + PEIE 基底上的小型组件的最大功率点功率；(F)由44个子电池串联组成（有效面积700 cm²）的冠军子组件在反向扫描下的I-V曲线。插图：30 × 30 cm PSM 组件的照片；(G)小型组件在持续最大功率点工作及1太阳辐照条件下，在55°–65°C温度区间内进行的 ISOS -l-2稳定性测试。插图：小型组件实物照片；对照组与 PEIE 改性小型组件的初始效率分别为19.85%与23.11%；(H)小型组件在黑暗及开路电压条件下，于室温（15°–35°C）内进行的 ISOS -d-1稳定性测试。插图：小型组件实物照片；对照组与 PEIE 改性小型组件的初始效率分别为20.09%与23.05%；(I)子组件在真实环境条件（温度：15°–30°C，相对湿度：50%–70% RH）下的 ISOS -O-2稳定性测试；(J)对照组与 PEIE 改性薄膜老化后的PO₂⁻信号 TOF -SIMS深度分布图；(K)对照组及(L) PEIE 改性薄膜老化后的PO₂⁻信号 TOF -SIMS分布图。

题目：Amine-rich cross-linking templates enabling toughened self-assembled monolayer for stable perovskite solar modules

作者：Zhinan Zhang†, Sifan Chen†, Chuan Peng, Yinghao Xu, Shaofu Wang, Wenbo Li, Yang Zheng, Wei Wang, Shengjie Du, Fuyi Zhou, Haimeng Xin, Sixiong Li, Xingzhong Zhao, Ti Wang, Zhenyi Ni, Zhenhua Yu*

接受日期：First published: 18 September 2026