陈红征教授、左立见教授等， Nature Communications观点：用于高效钙钛矿太阳能电池的分子铁电自组装中间层

第一作者：徐唱

通讯作者：陈琪*，洪子健*，熊仁根*，余学功*，左立见*，陈红征*

单位：浙江大学，南昌大学，中科院苏州纳米研究所

近年来，界面偶极层的引入被证明是一种有效优化界面能级对齐的策略。偶极层的有序电偶极矩能够调控界面真空能级弯曲，从而降低电荷传输的能级偏差，提升空穴提取效率，并抑制非辐射复合。然而，传统的自组装单分子层（SAM）方法难以实现完全覆盖，且偶极矩较弱，厚度增加则可能对电池性能造成负面影响。为此，分子铁电材料因其自发极化特性被认为是解决上述问题的潜在方案。本研究创新性地在钙钛矿/空穴传输层界面引入了铁电分子SAM（1-金刚烷胺氢碘酸盐，ADAI）。结果表明，ADAI通过与钙钛矿薄膜的强化学相互作用形成稳定的偶极层，优化了界面能级对齐，有效抑制非辐射复合，并显著提升了钙钛矿太阳能电池的填充因子和开路电压，将正型和反型结构的电池光电转换效率分别提升至25.13%和25.59%。本研究展现了铁电分子在提升钙钛矿太阳能电池效率及稳定性方面的重要潜力，为未来高效钙钛矿太阳能电池的设计提供了新思路。

近日，浙江大学左立见和陈红征教授团队与浙江大学洪子健研究员和余学功教授、南昌大学熊仁根教授以及中国科学院苏州纳米所陈琪教授合作，在国际知名期刊 Nature Communications上发表题为“Molecular ferroelectric self-assembled interlayer for efficient perovskite solar cells”的研究成果，开发了一种使用自组装铁电层来修饰钙钛矿太阳能电池界面特性的策略。

高极性铁电分子ADAI简单沉积于钙钛矿/Spiro-OMeTAD界面，显著改善了钙钛矿太阳能电池的界面性能：

这种简单、高效的界面修饰方法为进一步提升钙钛矿太阳能电池性能提供了新思路。

密度泛函理论（DFT）研究揭示，ADAI分子通过化学自组装稳固吸附于钙钛矿表面，并对界面电荷传输产生关键性影响：

表面态调控：ADAI分子自组装在钙钛矿表面形成独特的局域表面态，激发更多价带电子，提升钙钛矿薄膜的导电性。

功函数降低：ADAI分子吸附导致钙钛矿表面功函数显著降低，从而在钙钛矿与Spiro-OMeTAD之间形成欧姆接触，极大促进了空穴的高效跨界面传输。

该分子修饰策略进一步优化了钙钛矿太阳能电池的界面电荷动力学，为提升器件整体性能奠定了基础。

得益于ADAI分子界面工程的引入，钙钛矿太阳能电池在效率与稳定性方面取得突破性进展：

这一研究开创性地证明了通过简单界面修饰即可实现钙钛矿太阳能电池的全面性能提升，为其未来大规模应用提供了坚实基础。

“Molecular ferroelectric self-assembled interlayer for efficient perovskite solar cells”

左立见教授简介：“百人计划”研究员，博士导师。于2009和2014年在浙江大学分别获学士和博士学位。毕业后，先后在浙江大学、美国加州大学洛杉矶分校、美国华盛顿大学做博士后和助理研究员。2020年入职浙江大学，2021年兼聘至浙江大学-杭州国际科创中心。主要研究有机及钙钛矿半导体材料和高效低成本光伏器件。

余学功教授简介：浙江大学材料学院教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者，硅材料国家重点实验室副主任。1999年、2004年于浙江大学分别获学士学位、博士学位，2002年至2003年在日本信州大学学习，2004年至2007年在德国IHP微电子研究所做博士后，2007年至2009年在美国北卡州立大学从事助理研究员工作，2009年回到浙江大学任副教授，2016年聘为教授，2021年聘为浙江大学求是特聘教授。

熊仁根教授简介：中国科学院院士，南昌大学国际有序物质科学研究院教授，东南大学教授。1982年学士毕业于南昌大学（原江西大学），1987年硕士毕业于延边大学，1994年博士毕业于后勤工程学院。2006年起任教于东南大学，后带领研究团队创办了东南大学有序物质科学研究中心。2023年当选为中国科学院化学部院士。