熊志华、赵天翔团队最新CEJ：致密有序堆叠共平面自组装分子实现高性能钙钛矿太阳能电池

第一作者：赵天翔

通讯作者：熊志华*，赵天翔*，熊秋*，张道彬*

单位：江西科技师范大学，厦门大学，江西理工大学

近日，江西科技师范大学熊志华教授团队，在国际知名期刊《Chemical Engineering Journal》（CEJ）发表题为 “Dense ordered stacking co-planar self-assembled molecules for high-performance perovskite solar cells” 的研究论文。该工作从共轭调控角度出发，设计合成了具有抗聚集和有序堆积特性的新型 SAMs 材料 mTPy，通过甲氧基三苯胺的空间扭转特性与吡啶单元构建的近共平面骨架结构，协同解决了传统 SAMs 分子聚集和无序堆叠的难题，显著优化了钙钛矿电池的界面特性与结晶质量，最终实现了效率达 24.01% 且稳定性优异的倒置钙钛矿太阳能电池。

团队设计合成了 mTPh 和 mTPy 两种 SAMs 分子，均以甲氧基三苯胺为端基、芳香链为连接基团；其中 mTPy 通过吡啶单元与端基形成分子内氢键，构建出近共平面骨架结构。甲氧基三苯胺的芳香环非锁定结构产生空间扭转，有效减弱端基间强 π-π 相互作用，避免分子聚集；而 mTPy 的近共平面结构增强了分子间相互作用，实现致密有序堆叠，同时该设计对端基电子结构影响小，保证了 SAMs 与钙钛矿层的能级匹配。

mTPy 因独特的结构设计，在 ITO 基底上展现出更高的覆盖率（89.7%）和更均匀的成膜效果，其根均方粗糙度仅 3.36 nm，远优于 mTPh（4.11 nm）；且 mTPy 与 ITO 基底的吸附能更高，锚定作用更强，能形成致密的空穴传输层。同时，mTPy 基 SAMs 层对钙钛矿前驱体溶液润湿性更好，大幅提升了钙钛矿薄膜的结晶质量，其平均晶粒尺寸达 670 nm，远大于 mTPh 基薄膜的 370 nm，显著降低了薄膜缺陷密度。

基于 mTPy 的倒置钙钛矿太阳能电池实现了24.01% 的冠军光电转换效率，开路电压（VOC）达1.184V，填充因子（FF）为82.55%，显著优于mTPh 基器件（22.10%），且迟滞指数仅 1.8%，电荷传输与复合特性更优。在稳定性方面，mTPy 基无封装器件表现出卓越性能：在氮气氛围、20-30℃条件下储存 1000h仍保留95% 的初始效率；在40-50%湿度的空气环境中储存7天，效率保持 95%；在 85℃高温氮气氛围下运行 500 h，效率仍维持 91% 以上，远优于 mTPh 基器件，这得益于 mTPy 优异的热稳定性（分解温度 315℃）和电化学稳定性。

该工作提出的连接基团共轭调控策略，为 SAMs 材料设计提供了新思路，成功实现了抗聚集、有序堆叠与能级匹配的协同优化，突破了传统端基设计的局限性。未来，可基于该策略进一步开发多功能 SAMs 材料，结合元素掺杂、分子修饰等手段，进一步提升其与钙钛矿的界面相容性和器件的长期稳定性，推动钙钛矿太阳能电池的商业化应用。同时，该策略也可为其他有机光电材料的结构设计提供参考，拓展其在有机发光二极管、光电探测器等领域的应用。

Dense ordered stacking co-planar self-assembled molecules for high-performance perovskite solar cells”

熊志华教授简介：江西科技师范大学二级教授，博士生导师。先后入选江西省高校中青年骨干教师、江西省高校中青年学科带头人、江西省青年科学家培养对象、中组部西部之光访问学者、清华大学优秀访问学者、江西省百千万人才工程人选和江西省主要学科学术和技术带头人。长期从事半导体发光方向人才培养、科学研究和社会服务工作。近年来，主持国家级项目5项，省级课题10余项。发表SCI论文100余篇。授权专利20余件。研究成果获省级奖励多次。

赵天翔博士简介：江西科技师范大学讲师，2023年于中国科学院福建物质结构研究所获博士学位，长期从事有机电荷传输材料的设计，及其在钙钛矿太阳能电池以及发光二极管器件方面的应用。长期从事有机电荷传输材料的设计，及其在钙钛矿太阳能电池以及发光二极管器件方面的应用。至今以第一/通讯作者身份发表SCI论文十余篇。