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文 章 信 息
多功能埋底分子桥实现高性能倒置钙钛矿太阳能电池
第一作者：高明阳
通讯作者：姜庭明，孙宽
单位：重庆大学，中国科学院重庆绿色智能技术研究院，香港城市大学，西湖大学，中国科学院上海应用物理研究所，烟台大学，关西大学，西南石油大学
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研 究 背 景
倒置（p-i-n）钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其高效率、优异稳定性和与叠层结构的兼容性而备受关注。其中，基于咔唑的自组装单分子层（SAMs，如Me-4PACz）作为空穴传输层，显著提升了电池性能。然而，SAMs在衬底上的不均匀分布及其与钙钛矿之间的不良界面接触，导致严重的界面能量损失，限制了器件的最终性能。
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文 章 简 介
近日，重庆大学La FREMD团队在Advanced Materials上发表题为”Multifunctional Buried Molecule-Bridge for High-Performance Inverted Perovskite Solar Cells”的研究文章。该研究设计了一种小分子4-溴苄基膦酸（4Br-BPA）作为连接[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸（Me-4PACz）与钙钛矿的分子桥，在改善界面特性方面展现出多重功能。首先，小尺寸4Br-BPA分子可通过膦酸基团锚定，填充Me-4PACz在NiOx上的空隙，同时改善NiOx表面态。其次，沉积于Me-4PACz上的4Br-BPA通过π-π堆叠相互作用抑制界面电荷积累，并调整NiOx/Me-4PACz的能级排列，从而促进空穴传输。第三，4Br-BPA与钙钛矿之间的相互作用可有效钝化界面陷阱，且改善润湿性的NiOx/Me-4PACz/4Br-BPA基底促进了钙钛矿薄膜生长，增强结晶度并释放残余应力。最终，这些优势共同实现了26.59%的显著光电转换效率（认证效率26.12%）。基于4Br-BPA的器件还展现出显著提升的运行稳定性，在1400小时连续单太阳光照下仍保持约90%的初始效率。
图1. 4Br-BPA分子结构及其在界面处的桥接作用示意图
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本 文 要 点
要点一：4Br-BPA分子桥接三重功能机制深入解析
1. 填补空隙与改善NiOx表面状态：
由于Me-4PACz分子易于聚集，在NiOx表面形成不均匀分布与空隙，4Br-BPA凭借其小分子尺寸（含膦酸锚定基团）可有效填入这些纳米级空隙，并与NiOx表面发生化学键合。XPS分析表明，处理后Ni3+/Ni2+比例从0.87提升至1.03，显著增强了NiOx的空穴传输能力。分子表面密度从3.94×1013提升至4.77×1013 molecules/cm2，进一步证实了其填充效果。
2. 促进电荷传输与能级对齐：
理论计算（DFT）显示，4Br-BPA与Me-4PACz之间存在强烈的π-π堆叠作用（结合能-0.66 eV），这种作用减少了界面电荷积累，提高了电荷离域程度。KPFM和UPS测试表明，4Br-BPA使NiOx/Me-4PACz的价带从-5.28 eV下移至-5.47 eV，与钙钛矿价带（-5.74 eV）完美对齐，减少了空穴提取能垒，空穴迁移率从4.29×10-6 提升至5.43×10-6 cm2/V·s。
3. 钝化缺陷与诱导高质量钙钛矿结晶：
4Br-BPA的膦酸基团（–OH）与钙钛矿中的FA+和I-形成氢键，有效钝化界面缺陷。XPS显示Pb 4f和I 3d结合能发生明显位移，表明电子云密度增加、缺陷态减少。同时，该分子层改善了衬底润湿性（接触角从35.7°降至30.1°），促进钙钛矿成核与生长，使晶粒尺寸从550 nm增大至900 nm，结晶度显著提高，内应力从15.69 MPa降至-1.50 MPa。
要点二：器件性能全面提升，效率与稳定性双突破
基于4Br-BPA的冠军器件实现了26.59%的光电转换效率（认证效率26.12%），各项参数均显著提升：Voc从1.162 V提高至1.182 V，Jsc从26.04 mA/cm2提升至26.24 mA/cm2，FF从82.66%优化至85.74%。效率分布的集中性以及 hysteresis 指数的降低（仅0.1%）表明器件具有优异的重复性与工作稳定性。
要点三：超强稳定性源于界面优化与缺陷控制
器件在连续1太阳光照下1400小时后仍保持90%的初始效率，在30%湿度环境中1200小时后保持88%效率，远优于对照组（68%）。这种卓越稳定性归因于4Br-BPA带来的界面缺陷钝化、应力释放以及增强的界面机械附着力（DCB测试验证）。
要点四：多维度机制研究提供全面理论支撑
研究结合DFT理论计算、XPS、UPS、KPFM、GIWAXS、TRPL、TAS、EIS等多种先进表征技术，从分子相互作用、能带结构、电荷动力学、缺陷态分布等多个角度，全面揭示了4Br-BPA在界面处的多功能作用机制，为后续界面分子设计提供了深入的理论与实践指导。
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文 章 链 接
Multifunctional Buried Molecule-Bridge for High-Performance Inverted Perovskite Solar Cells
https://doi.org/10.1002/adma.202514273
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第 一 作 者 简 介
高明阳，重庆大学能源与动力工程学院2024级博士研究生，研究方向为高效稳定钙钛矿太阳能电池，师从孙宽教授、姜庭明副教授。
姜庭明副教授简介：工学博士，硕士生导师。2014年获得国家公派留学资格赴法国巴黎萨克雷大学（原巴黎十一大）攻读博士学位；2018年6月入选博士后国际交流引进项目进入浙江大学开始博士后课题研究；2023年3月，入职重庆大学能源与动力学院，任副教授。主要从事新型能源光电子材料与器件的研究，重点围绕高性能钙钛矿太阳能电池制备与性能研究、钙钛矿及类钙钛矿金属卤化物晶体材料在X射线探测及发光显示的探索应用等方面展开。以第一作者/通讯作者（含共同）在Advanced Materials、Advanced Functional Materials、ACS Energy Letters、Advanced Science、Nano Energy等国际高水平期刊发表SCI论文20余篇，主持国家自然科学基金青年项目一项（已结题）。
孙宽教授简介：工学博士，博士生导师。重庆大学能源与动力工程学院副院长；低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室副主任；国家级青年科技人才；重庆市“百人计划”特聘专家；重庆市研究生导师团队（重庆市教委）负责人；新能源材料与器件国际研发中心（重庆市委组织部）主任。长期从事可再生能源高效利用原理及技术的研究，具有多年的材料设计和器件构筑经验。在Nature Communications、Science Advances、Joule等期刊上累计发表SCI论文190余篇，被引用18000余次，H因子66。入选科睿唯安全球高被引科学家、斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家、Research.com发布的材料科学顶级科学家、“全球学者库”发布的全球顶尖前10万科学家等榜单。
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课 题 组 介 绍
柔性可再生能源材料与器件实验室（Laboratory of Flexible Renewable Energy Materials & Devices，简称La FREMD）成立于2019年，依托重庆大学能源与动力工程学院。团队现有教授、副教授、讲师、工程师、博士生和硕士生共70 余人，其中大多数专任教师毕业于海外知名高校，具备扎实的基础与国际视野。近年来，实验室围绕第三代光伏技术、有机/离子热电材料、导电高分子与柔性电子、光热转换材料及储能器件等前沿领域开展深入研究，取得了一系列重要成果。团队将薄膜制备、性能测试与结构表征等实验手段，与第一性原理计算、分子动力学模拟、机器学习等理论方法有机结合，形成了从机理解析、性能预测、材料设计与筛选，到合成制备、器件工程化的全流程研究能力。
课题组网站：https://www.x-mol.com/groups/LaFREMD
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课 题 组 招 聘
一、招聘岗位
因团队科研发展需要，现面向相关领域招聘专任教师（包括弘深青年学者、副教授、准聘副教授、青年教师等岗位）。招聘长期有效，欢迎有志之士踊跃应聘。
二、招聘方向
第三代太阳能电池
有机热电材料、离子热电器件、热电池
导电高分子合成及应用、生物电极、电子皮肤
光热转换材料及器件
储能材料及器件
基于机器学习的能源材料开发
三、应聘条件
申请人应具备优异的国内外学习与科研经历，在相关领域取得高水平研究成果，具有较强的创新能力和发展潜力。应为博士毕业生，年龄一般不超过32岁。
四、薪资待遇
提供行业具有竞争力的待遇，专任教师及科研博士后对应的具体薪资待遇及福利请参考重庆大学人事处网站信息：https://cte.cqu.edu.cn/info/1273/6275.htm
有意者请与孙宽教授联系（kuan.sun@cqu.edu.cn）
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投稿请联系contact@scimaterials.cn
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