浙江大学陈红征、吴刚团队AFM：混合自组装分子策略实现高效反型α-FAPbI3钙钛矿电池的无旋涂制备

第一作者：王炜诚、周村

通讯作者：陈红征*，吴刚*， 傅伟飞*，吴昊天*

单位：浙江大学，浙江大学杭州国际科创中心

反型结构钙钛矿太阳能电池因其在低温加工、大规模制造和适配叠层电池方面的优势，展现出广阔的产业化前景。其中，刮涂技术被视为实现大规模生产的关键工艺。将具有理想带隙的甲脒铅碘钙钛矿与刮涂技术结合，是推动其商业化的重要路径。然而，要实现全刮涂制备高性能器件，一个能与刮涂工艺兼容且高效的空穴传输层至关重要。目前性能优异的自组装单分子层材料（如Me-4PACz）在旋涂器件中取得了巨大成功，但在刮涂条件下，它们容易在溶剂中聚集，难以形成致密均匀的薄膜，并且对钙钛矿前驱液的润湿性差，这严重限制了其在规模化制备中的应用，这凸显了开发适用于刮涂工艺的自组装单分子层空穴传输层的迫切性与挑战性。

近日，来自浙江大学的陈红征教授团队，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Spin-Coating Free Fabrication of α-FAPbI₃-Based Efficient Inverted Perovskite Solar Cells via Mixed Self-Assembled Molecules”的文章。作者选取了三种含羧酸锚定基团（以减少对氧化铟锡衬底的腐蚀）的氨基酸衍生物作为共组装分子，与常用的Me-4PACz进行混合。该设计旨在利用共组装分子的不同末端官能团，与Me-4PACz产生分子间相互作用，从而抑制其过度聚集，改善成膜性。在干燥空气条件下，研究团队成功将这种刮涂制备的混合空穴传输层，与刮涂法制备的甲脒铅碘钙钛矿薄膜进行集成，最终制备出的优化小面积器件获得了25.43%的光电转换效率，小型组件6.25 cm²也获得了22.94%的光电转换效率，创下了刮涂反型甲脒铅碘钙钛矿太阳能电池的效率纪录。

选用氨基酸衍生物作为共组装分子，其羧酸锚定基团酸性较弱，能减少对酸敏感的ITO衬底的腐蚀；同时，其末端官能团与Me-4PACz分子间形成强氢键相互作用，有效抑制了Me-4PACz在醇溶剂中的过度聚集和胶束形成，为刮涂制备均匀致密的空穴传输层奠定基础。

混合SAM策略显著改善了空穴传输层的多项界面性质：XPS与KPFM证明其成膜更均匀、结合更牢固；接触角测试显示其对钙钛矿前驱液的润湿性大幅增强；UPS分析表明，共SAM（尤其是乙酸胍，GAAc）的分子偶极有效优化了能级对齐，减少了空穴传输的势垒。

在优化的混合SAM基底上，刮涂的α-FAPbI₃薄膜质量显著提升：GIWAXS显示其结晶度更高；GIXRD证实界面残余应力得到释放；XPS和FTIR证明共SAM的官能团能有效钝化埋底界面的未配位Pb²⁺等缺陷，从而抑制非辐射复合。

基于Me-4PACz+GAAc混合SAM，实现了刮涂制备的高性能器件：小面积（3.5 mm²）反型PSCs获得25.43% 的最高效率；大面积微型组件（6.25 cm²）效率达22.94%；未封装器件在85°C氮气环境中热老化3048小时后，仍保持90.4% 的初始效率，展现出卓越的运行稳定性。

Spin-Coating Free Fabrication of α-FAPbI₃-Based Efficient Inverted Perovskite Solar Cells via Mixed Self-Assembled Molecules

陈红征教授简介：浙江大学高分子科学与工程学系教授，主要从事有机高分子光电功能材料和器件的研究工作。在Nature Nanotech.、JACS、AM等期刊发表论文600余篇，他引超过40000余次，H-因子108，连续5年入选科睿唯安全球高被引科学家榜单，出版中文专著1部。获授权国家发明专利60多件。兼任美国化学会期刊 ACS Appl. Polym. Mater. 执行主编和中国化学会期刊《高分子通报》副主编等。

吴刚教授简介：浙江大学高分子科学与工程学系教授，主要从事有机复合光电功能材料的应用基础研究。先后承担国家自然科学基金青年/面上项目5项、浙江省自然科学基金杰出青年项目1项、省科技计划项目1项，作为课题副组长/子课题负责人参加“863”重点项目1项、科技部重点研发计划项目2项。在Adv. Energy Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater.等杂志发表SCI收录论文100余篇，引用4000多次，H因子43。获国家发明专利授权18 项，国际发明专利授权3项。获教育部自然科学二等奖1项，中国材料研究学会基础研究一等奖1项。

傅伟飞博士简介：浙江大学杭州国际科创中心研究员。师从陈红征教授，先后在美国华盛顿大学材料系Alex Jen教授和德国达姆斯塔特工业大学Michael Saliba教授课题组做过博士后研究。目前从事钙钛矿和有机太阳电池模组的研究，以第一作者(含共一)及通讯作者身份在Advanced Materials等期刊发表论文超过45篇，授权中国专利9项，论文总引用超过 8000 次，H因子为48。

吴昊天博士简介：浙江大学杭州国际科创中心博士后，研究方向为刮涂钙钛矿太阳电池及组件、二维钙钛矿太阳电池、钙钛矿/有机叠层太阳电池。

王炜诚 师从吴刚教授，硕士研究生（三年级），研究方向为有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池。

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