新国立侯毅Nat Energy:分子模板预组装的自组装单分子层用于具有改善反向偏压稳定性的钙钛矿太阳能电池和组件

钙钛矿太阳能组件，特别是那些使用超薄自组装单分子层（SAM）作为空穴传输层的组件，存在反向偏压不稳定性问题。

新加坡国立大学侯毅等人发现，不连续的SAM分布会导致分流和较低的击穿电压，而氧化铟锡（ITO）触发的甲脒离子（FA⁺）电化学去质子化则会降低反向偏压条件下的长期稳定性。为解决这些问题，我们开发了一种由SAM与聚咔唑模板之间的氢键相互作用驱动的分子模板预组装策略。该策略确保溶液中形成均匀的团簇并增强与基底的相互作用，从而获得致密、均匀的SAM层。随后，我们制备了效率为24.0%（认证稳态效率为23.2%）且反向偏压稳定性显著提升的迷你组件。小面积器件在-4.8 V下老化300小时后仍保持95%的效率，而迷你组件在负开路电压应力下的T₉₈寿命达到312小时。

该研究展示了一个旁路二极管至少可以保护16个子电池，为可扩展的钙钛矿光伏设定了新的可靠性基准。

研究亮点：

揭示失效机理：明确了反向偏压下SAM基钙钛矿器件的失效根源——SAM层覆盖不连续导致ITO与钙钛矿直接接触，电子注入引发FA⁺的连续N-H键断裂去质子化，从而加速钙钛矿分解。
创新预组装策略：利用聚咔唑（Poly-4PACz）模板与SAM分子间的氢键作用，在溶液中预先形成均匀团簇，沉积后获得致密、高覆盖的SAM层，显著抑制分流路径和FA⁺降解，将击穿电压提升至-23.2 V。
性能与稳定性双突破：小面积器件效率达26.3%，20.25 cm²迷你组件认证稳态效率23.2%（首次报道组件级超过23%）；反向偏压（-4.8 V）老化300小时后效率保持95%，单个旁路二极管即可保护16个子电池，为规模化应用提供高可靠性保障。

Wang, X., Luo, R., Li, N. et al. Molecular-templated pre-assembly of self-assembled monolayer for perovskite solar cells and modules with improved reverse-bias stability. Nat Energy (2026).

https://doi.org/10.1038/s41560-026-02014-9

学术交流QQ群

知光谷光伏器件学术QQ群：641345719

钙钛矿产教融合交流@知光谷（微信群）：需添加编辑微信

为加强科研合作，我们为海内外科研人员专门开通了钙钛矿科创合作专业科研交流微信群。加微信群方式：添加编辑微信pvalley2024，备注：姓名-单位-研究方向（无备注请恕不通过），由编辑审核后邀请入群。