基于有机自组装分子（OSAMs）的空穴传输材料在实现高效稳定的倒置钙钛矿太阳能电池（IPSC）方面发挥着关键作用。然而，已报道的基于咔唑的OSAMs存在：OSAMs在导电玻璃上自组装后其表面偶极矩较小、钙钛矿前驱体溶液在OSAMs上的铺展性受限、OSAMs与钙钛矿的能量排列较差以及分子种类有限等缺点，这极大地限制了电池性能的提升。

        鉴于以上问题，公司刘治科教授团队开发合成了一种新型OSAM，在咔唑基单元引入乙二醇单甲醚（GM）侧链，将合成所得的4-（3,6-乙二醇单甲醚-9H-咔唑-9-基）丁基]膦酸（GM-4PACz）作为空穴传输层。GM基团的引入增强了氧化铟锡（ITO）/SAM衬底的表面能，以促进钙钛矿薄膜的成核和生长，抑制阳离子缺陷，释放SAM/钙钛矿界面处的残余应力，并优化能级排列。最终，基于GM-4PACz的IPSC实现了25.52%的光电转换效率，1.21 V的高开路电压（V_OC）和优异的稳定性，器件在空气中老化2000小时后保持初始效率的93.29%，在最大功率点跟踪1000小时后保持初始效率的91.75%。

图1. a）Me-4PACz、b）MeO-4PACz和c）GM-4PACz衬底上钙钛矿薄膜的GIWAXS图像。d）ITO/Me-、MeO-和GM-4PACz衬底上钙钛矿薄膜的XRD图谱，e）稳态PL，f）TRPL光谱。g）ITO/Me-4PACz、h）ITO/MeO-4PACz和i）ITO/GM-4PACz 衬底上的钙钛矿薄膜的GIXRD光谱。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed

        埋底界面处的层间相互作用力增强，这使得空穴传输层与钙钛矿层的界面接触更加良好，从而提高了钙钛矿薄膜的结晶质量，同时释放SAM/钙钛矿界面处的残余应力，界面的晶格失序度减少，因而大大降低了界面处光生载流子的复合，薄膜的缺陷态密度减少。

图2. a）倒置器件结构模型。b）基于Me-、MeO-和GM-4PACz的IPSC的J-V和c）EQE曲线，d）稳定的功率输出曲线，f）空气稳定性曲线，g）最大功率点运行稳定性曲线。图片来源：Angew. Chem. Int. Ed

        由于ITO/SAM衬底的表面能增强，埋底界面处的拉伸应变得到释放，促进了钙钛矿层的成核和生长，获得了缺陷态密度低的高质量钙钛矿薄膜，因此电池器件的空气稳定性和运行稳定性也大大提高。钙钛矿太阳能电池的开路电压损失大大减少，实现了1.21 V的开路电压和25.52%的最高光电转换效率，器件填充因子也有了显著的提高。

        这项工作对比了不同自组装单分子作为空穴传输层的器件性能，为开发新型有机HTMs以获得高效稳定IPSCs提供了一种简单有效的途径。

        论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202403068

        该工作得到了国家自然科学基金、陕西省重点研发计划和四川省自然科学基金的支持。我院硕士研究生周慧为第一作者，王卫林为共同第一作者，段玉伟副研究员和刘治科教授为通讯作者。

撰稿：周慧 段玉伟   审核：刘治科