Molecular-templated pre-assembly of self-assembled monolayer for perovskite solar cells and modules with improved reverse-bias stability

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

通讯：新加坡国立大学侯毅

基于 SAM 空穴传输层的倒置钙钛矿模组存在 SAM 覆盖不连续导致的反向偏压下漏电与击穿电压低，以及 ITO 诱发 FA⁺电化学去质子化降解的问题，新加坡国立大学侯毅团队提出分子模板预组装策略，利用聚咔唑模板与 SAM 分子间氢键作用在溶液中形成均匀团簇并增强与基底的相互作用，制备出致密均匀的 SAM 层，有效抑制漏电路径与 buried 界面 FA⁺降解，实验获得小面积器件效率 26.3%，−4.8V 反向偏压下 300h 保持 95% 效率，20.25cm² 模组效率 24.0%、认证稳态效率 23.2%，反向偏压下 312h 保持 98% 效率，单个旁路二极管可保护至少 16 个子电池。

本工作通过聚咔唑模板与 SAM 分子间的多重氢键相互作用实现溶液相预组装，形成均匀有序的分子团簇，增强 SAM 与 ITO 基底的锚固作用，形成原子级致密无针孔的覆盖层，完全阻断钙钛矿与 ITO 的直接接触，抑制反向偏压下的漏电通道；同时致密 SAM 层阻止电子从 ITO 注入钙钛矿，避免 FA⁺发生电化学去质子化与 N–H 键断裂降解，提升界面势垒与化学稳定性，降低暗电流并将击穿电压提升至−23.2V，最终实现小面积与大面积模组在反向偏压、湿热、阴影等严苛条件下的超高稳定性与高效率输出。

图 1：反向偏压下埋底界面降解机理示意图、不同空穴传输层器件击穿电压曲线、暗态 J-V 曲线、脱质子化 FA 的 N1s XPS 谱、FA⁺降解路径与过渡态、载流子积累下 FA⁺降解势能图、各降解步骤活化势垒。

图 2：聚咔唑模板诱导 SAM 预组装示意图、相互作用强度对比、分子动力学模拟快照、溶液 FTIR 谱、31P NMR 谱、GISAXS 图与积分曲线、SAM 与 PTP-SAM 的 AFM-IR 图、模组反向偏压锁相热成像图。

图 3：器件截面 SEM 图、分流电阻统计、 champion 器件 J-V 曲线、MPPT 稳定性、湿热稳定性、暗态 J-V、击穿电压、−4.8V 反向偏压稳定性。

图 4：模组结构示意图、效率与 FF 统计、模组 J-V、认证稳态效率、模组效率汇总、反向偏压稳定性、阴影下模组电流与保护效果。