於黄忠教授， Advanced Materials观点：后组装螯合分子桥降低掩埋界面能量损失以实现高效率且稳定的倒置太阳能电池

第一作者：余波

通讯作者：於黄忠

单位：华南理工大学

有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其优异的光电特性和低成本溶液制备工艺，在过去十年中引起了广泛的研究兴趣。倒置（p-i-n）结构的PSCs的认证功率转换效率（PCE）已超过26%，接近商业化晶体硅太阳能电池的效率。进一步提高p-i-n PSCs性能和可靠性的主要挑战与钙钛矿和电荷传输层之间的界面密切相关。特别是钙钛矿与空穴传输层（HTL）之间的掩埋界面，对于钙钛矿的生长、界面缺陷、残余应力和载流子动力学有重要影响。基于咔唑的自组装单层（SAMs）已被证明是一类高效的HTLs，其能够有效减少界面电荷损失并调节界面偶极效应去促进空穴提取。然而，这些SAMs容易团聚在ITO表面覆盖不完全，并且缺乏与钙钛矿强烈相互作用的合适基团，导致钙钛矿结晶不受控制和界面特性较差。因此，提高SAMs的覆盖率以及在钙钛矿和SAMs之间建立化学键仍然是一个巨大的挑战。同时，调节掩埋界面将有助于改善钙钛矿结晶过程并最小化界面能量损失，从而提高光伏器件的性能和稳定性。

基于此，来自华南理工大学的於黄忠教授，在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Minimizing Buried Interface Energy Losses with Post-Assembled Chelating Molecular Bridges for High-Performance and Stable Inverted Perovskite Solar Cells”的观点文章。该观点文章提出了一种后组装螯合分子桥的策略来改善倒置PSCs中钙钛矿/SAMs界面，以最小化界面能量损失。

图1. CB-PA分子作为界面分子桥和空隙填充者的示意图。

1 倒置钙钛矿太阳能电池（p-i-n PSCs）因其优异的光电性能和低成本制造工艺而备受关注，但其性能和可靠性受到钙钛矿与电荷传输层之间界面的影响。

2 自组装单层（SAMs）作为空穴传输材料在p-i-n PSCs中取得了显著进展，但SAMs的不完全覆盖和钙钛矿/SAMs界面的非紧密接触会导致界面特性较差和能量损失。

要点二：解决方案

1 提出了一种基于5-(9H-咔唑-9-基)间苯二甲酸（CB-PA）的后组装螯合分子桥策略，用于修饰钙钛矿/SAMs的掩埋界面。

2 CB-PA通过咔唑基团与MeO-2PACz形成π-π堆积，并通过双C═O···Pb键与钙钛矿螯合，从而构建桥接界面，促进载流子提取。

3 CB-PA还可以填充MeO-2PACz的空隙，形成致密的混合SAMs，改善界面接触和表面电位均匀性。

要点三：实验与结果

1 通过密度泛函理论（DFT）计算和实验验证，CB-PA能够有效钝化界面缺陷，释放晶格应力，并诱导钙钛矿薄膜的定向结晶。

2 基于CB-PA的倒置PSCs实现了25.27%的冠军效率，并在最大功率点（MPP）跟踪（65°C）1000小时后保持了约94%的初始效率。

3 通过原子力显微镜（AFM）、开尔文探针显微镜（KPFM）、X射线光电子能谱（XPS）等表征手段，证实了CB-PA在界面处的化学耦合和缺陷钝化作用。

要点四：结论

1 该研究提供了一种创新的策略，通过后组装的螯合分子桥解决p-i-n PSCs掩埋界面的挑战，显著提高了电池的性能和稳定性。

Minimizing Buried Interface Energy Losses with Post-Assembled Chelating Molecular Bridges for High-Performance and Stable Inverted Perovskite Solar Cells”

於黄忠教授简介：华南理工大学教授，博士生导师。他于2002年获得华南师范大学微电子与固体电子学专业硕士学位，2008年获得华南理大学材料科学与工程专业博士学位。他以第一作者或通信作者在Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Angewandte Chemie International Edition、ACS Energy Letters, Advanced Functional Materials, Nano Energy等学术刊物上发表140余篇研究论文。

余波于2021年9月进入华南理工大学物理学专业攻读博士学位。他的研究方向主要集中在钙钛矿太阳能电池的活性层掺杂以及界面优化。