晁凌峰&夏英東&陳永華Nat Commun：定制界面錨定分子以實現(xiàn)高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池

界面偶極分子在實現(xiàn)高性能鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）中起著至關(guān)重要的作用。然而，它們在界面處的隨機(jī)分布常常限制了其有效調(diào)控界面能級和載流子提取的能力。

本文南京工業(yè)大學(xué)晁凌峰、夏英東和陳永華等人報道了一種雙功能不對稱分子N-(1-羧乙基)亞氨基二乙酸三鈉鹽（MGDA-3Na），它能夠在SnO?和鈣鈦礦界面上實現(xiàn)定向排列和穩(wěn)定錨定。MGDA?陰離子中的甲基側(cè)鏈誘導(dǎo)了分子內(nèi)電子極化和偶極子重新取向，促進(jìn)了在SnO?表面和鈣鈦礦埋底界面的選擇性吸附。這顯著提高了界面的均勻性，從而有效鈍化了SnO?表面缺陷并精確調(diào)控了鈣鈦礦晶體生長。這種雙重錨定效應(yīng)不僅通過能級對齊最小化了電荷提取勢壘，還引導(dǎo)了鈣鈦礦的垂直生長，減少了埋底界面缺陷并提升了結(jié)晶質(zhì)量。最終，我們在小面積PSCs中實現(xiàn)了26.43%的功率轉(zhuǎn)換效率（PCE），在5×5 cm2的大面積模塊中實現(xiàn)了23.27%的PCE，展現(xiàn)了其工業(yè)化應(yīng)用的潛力。

該器件在氮氣手套箱中存放2000小時后仍保持96%的初始效率，在55°C/55% RH條件下800小時后保持96%的效率，在最大功率點連續(xù)光照800小時后保持99%的效率。

研究亮點：

1. 創(chuàng)新型分子設(shè)計：開發(fā)了一種雙功能不對稱分子MGDA-3Na，通過其甲基側(cè)鏈實現(xiàn)分子內(nèi)極化與偶極重排，能夠在SnO?和鈣鈦礦界面實現(xiàn)垂直雙向錨定，解決了傳統(tǒng)界面分子隨機(jī)分布導(dǎo)致的鈍化不均和無效偶極問題。

2. 效率與大面積化突破：基于該分子界面工程，獲得了26.43%的小面積器件效率和23.27%的5×5 cm2大面積模塊效率，驗證了該策略在實現(xiàn)高效、均勻大面積鈣鈦礦薄膜制備方面的強(qiáng)大潛力。

3. 卓越的穩(wěn)定性：器件表現(xiàn)出優(yōu)異的長期運(yùn)行穩(wěn)定性。在氮氣手套箱中2000小時、55°C/55% RH濕熱條件下800小時以及最大功率點連續(xù)光照800小時后，效率保持率分別高達(dá)96%、96%和99%，遠(yuǎn)超對照組，為商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。

Yang, W., Pan, T., Yang, G. et al. Tailoring interface-anchoring molecules for efficient and stable perovskite solar cells. Nat Commun (2025).

https://doi.org/10.1038/s41467-025-66225-6

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