苏州大学Nature：钙钛矿太阳能电池用电子共振增强分子

一、【科学背景】

钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其优异的光电转换性能（认证效率已突破26%）和低成本溶液加工优势，被视为下一代光伏技术的有力竞争者。在器件结构中，空穴传输层（hole transport layer, HTL）对于实现高效电荷提取和抑制界面非辐射复合至关重要。近年来，自组装单分子层（SAMs）因其分子结构可设计性强、成膜质量高、能级可调等优势，作为空穴选择性接触层受到广泛关注。然而，该技术路径面临关键瓶颈：现有SAM分子与基底之间的锚定键合（如P-O-In键）强度有限，结合能较低，在长期运行过程中易受温度、光照、湿度等外界应力影响而发生分子脱附或聚集，导致界面缺陷态密度增加、电荷传输受阻、电荷提取效率衰减，最终引发器件性能退化。因此，从分子设计层面增强SAM锚定基团的电子云密度、提升其与基底之间的共价键合强度，已成为实现高效稳定PSCs亟待攻克的核心科学问题。在这里，苏州大学李永舫院士、李耀文教授、陈先凯教授和东南大学张天恺教授合作，实现了可在极端温度下承载载荷的高延展性难熔合金，相关研究成果以“Electronic-resonance enhanced molecule for perovskite solar cells”为题目发表在国际顶级期刊Nature上。

二、【科学贡献】

三、【创新点】

1．研究发展了一种强供体-受体-供体（D-A-D）共振SAM分子FMTPA-CPA，其具有两个对称的三苯胺（TPA）供体基团和一个氰基乙烯基膦酸（CPA）锚定受体基团。

2. 理论计算为分子设计提供了深刻的机理解释。前线分子轨道分析显示，2PACz的HOMO和LUMO轨道几乎完全重叠。

3. 原子力显微镜红外光谱和扫描电化学池显微镜测试均证实了FMTPA-CPA在ITO表面实现了充分且均匀的覆盖。更为重要的是，FMTPA-CPA因含有极性的端基（-F和-OCH₃），展现出对钙钛矿前驱体溶液的优异润湿性，促进了钙钛矿薄膜的均匀铺展和结晶优化。

四、【科学启迪】

本工作设计了一种D-A-D共振型FMTPA-CPA分子，将更多负电荷集中于锚定基团。锚定基团负电荷密度的增加增强了SAM与ITO之间的键合强度，促进了致密且均匀的锚定。此外，FMTPA-CPA的电子共振有利于增强电荷离域，从而实现高效的电荷传输。因此，在0.063 cm²的刚性钙钛矿太阳能电池和柔性钙钛矿太阳能电池中分别实现了27.69%和26.64%的卓越认证效率。采用该共振型FMTPA-CPA的大面积组件也展现出23.63%的效率，证明了其广泛的适用性。更重要的是，基于FMTPA-CPA SAM的器件表现出增强的运行稳定性：在85±5 °C下进行1080小时最大功率点跟踪后保持约99%的初始效率；在金属卤化物灯照射和热应力（85±5 °C）联合作用下保持约93%；即使在经历720次从-40 °C到85 °C的严格热循环后仍保持约97%。该方法为稳固锚定SAMs的共振分子结构设计提供了重要见解，并为钙钛矿太阳能电池在苛刻条件下的稳定运行奠定了分子基础。

原文详情：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10919-4

苏州大学Nature：钙钛矿太阳能电池用电子共振增强分子

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