钙钛矿太阳能电池（PSCs）凭借高效率、低成本及光电性能可调谐的优势，被视为下一代光伏技术的重要发展方向。空穴传输层作为PSCs的关键组成部分，对电荷提取效率和器件稳定性具有决定性影响。其中，基于膦酸的自组装单分子层（PA-SAMs）因其分子设计灵活、界面结合力强等特点被广泛应用，并能有效提升器件的初始效率与光稳定性。然而，多数基于膦酸的自组装单分子层与透明导电氧化物基底（TCO）的结合力较弱，在高温（≥85℃）与全光谱（含紫外光）照射的复合应力下容易发生解吸附。解吸附后的膦酸分子会迁移至钙钛矿层内部，引发有害的界面化学反应，导致碘离子氧化、有机阳离子分解及铅离子还原，严重制约了器件的长期运行稳定性，成为其商业化进程中的关键挑战。因此，开发具有强基底锚定能力的新型空穴传输分子，抑制界面降解，是提升PSCs实际应用可靠性的迫切需求。
二、【创新成果】
基于以上难题，美国北卡罗莱纳大学教堂山分校黄劲松教授在Science上发表了题为“Limiting phosphonic acid interlayer–perovskite reactivity to stabilize perovskite solar modules”的论文，报道设计并合成了一种基于三苯胺的膦酸分子（1PA-TPD），其能与TCO形成稳固的共价锚定。将这种强TCO结合型PA-SAM与另一种对钙钛矿有强亲和力的互补分子优化混合后，PSCs表现出增强的薄膜结晶度与降低的缺陷密度。在85℃全光谱光照连续运行条件下，这类器件在近3000小时能保持90%初始效率（T90），性能远超对照组。为进一步验证其规模化应用潜力，研究人员成功制备了孔径面积大于20 cm2的微型组件，其功率转换效率超过22%，并在同等严苛测试条件下实现了约2200小时的T90寿命。本研究通过设计能够形成强锚定单分子层的功能分子，有效抑制了界面反应性酸性基团的暴露，从而赋予PSCs与组件优异的长期运行稳定性，为推动其商业化应用迈出了关键一步。
三、【图文解析】
图1 膦酸与钙钛矿的化学反应 ©2026 AAAS
图2 酸取代氢键型膦酸 ©2026 AAAS
图3 针对ITO基底设计具有强键合能力的自组装单分子层分子 ©2026 AAAS
图4 PSCs增强的光热稳定性 ©2026 AAAS
图5 光热条件下稳定的钙钛矿微型组件 ©2026 AAAS
四、【科学启迪】
综上，本研究首次揭示作为PSCs中广泛使用的空穴传输材料，膦酸类化合物在光热应力作用下可与钙钛矿发生化学反应，从而加速其降解。研究人员通过将单层膦酸以共价键方式锚定在ITO基底上，能有效减少反应性膦酸基团在界面的暴露，从而抑制这一有害反应。值得注意的是，约三分之一的传统膦酸仍能被弱酸从ITO上洗脱，这可能是由于其以非共价键形式结合所致。为解决这一问题，研究人员设计并合成了一种基于三苯胺结构的膦酸分子1PA-TPD，其对ITO基底具有更强的结合亲和力。采用这种新型膦酸与EtCz3EPA制备的钙钛矿太阳能电池，在85℃全光谱光照及最大功率点追踪条件下，实现了近3000小时的T90运行寿命。此外，性能最优的微型组件在相同条件下达到了近2200小时的T90寿命。
原文详情：Limiting phosphonic acid interlayer–perovskite reactivity to stabilize perovskite solar modules (Science 2026, 391, DOI: 10.1126/science.adz7969)
本文由大兵哥供稿。
