近日，我院梁爱辉教授团队围绕反式钙钛矿太阳能电池自组装单分子层的分子设计取得新进展。相关成果以《Molecular Tailoring of Self-Assembled Monolayers Derived From Asymmetric Benzothienoindole for Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells and Modules》为题发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》（IF:17.6）。江西师范大学为论文第一完成单位，2023级硕士研究生钟申和杨永龙为共同第一作者，梁爱辉教授为通讯作者。
自组装单分子层（SAMs）已成为反式钙钛矿太阳能电池中广泛使用的高效空穴传输材料，但常用的SAM仍存在分子间作用弱、偶极矩有限、能级匹配不够理想以及界面调控位点不足等问题。这些短板会削弱界面接触质量和空穴提取，并加剧非辐射复合。现有的添加剂、中间层或共组装策略虽然能够在一定程度上改善器件性能，却往往增加了配方和工艺复杂度。因此，采用简便的合成路线，从SAM的分子结构设计入手，实现对其电子结构、分子堆积以及与钙钛矿的界面接触的协同调控，是一种更为直接高效的优化路径。
针对上述问题，梁爱辉教授团队采用简洁的Fischer吲哚合成路线构筑非对称的[1]苯并噻吩并[3,2-b]吲哚（BTI）核心，并通过引入由给电子到吸电子的不同取代基，制备了MeO-4PABTI、4PABTI和F-4PABTI三种SAM分子。研究发现，非对称骨架与取代基电子效应相互配合，可有效调控分子电子性质和堆积形貌，促进高质量SAM层的形成；同时形成的SAM薄膜还可作为钙钛矿生长的“模板层”，改善埋底界面接触、引导钙钛矿结晶并抑制界面非辐射复合。其中，基于F-4PABTI器件获得了最高26.76%的光电转换效率（PCE）和突出的1.203V的开路电压（VOC）；按照ISOS-L-1标准进行最大功率点跟踪测试，未封装器件在运行1500小时后仍保持初始效率的94%。该SAM同样适用于大面积器件和宽带隙体系：1 cm²器件、655.2 cm²组件及1.84 eV宽带隙器件的PCE分别达到25.38%、20.59%和17.87%；该成果为兼顾钙钛矿光伏器件高性能与大面积应用的SAM分子提供了有益的设计思路。
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.1678852
[三审三校：梁爱辉 胡晓玉 梅 云]
