文章导读
你以为钙钛矿电池效率瓶颈在于电荷抽取不够快？武汉大学团队用一项反直觉的研究告诉你：当界面钝化到位后，过快的抽取反而会限制电压。他们提出的“分子刹车”策略——用一种新型n型自组装单分子层，故意降低电子提取速率，同时强化钝化——让效率突破26.8%，稳定性提升至1000小时仍保持90%性能。这个颠覆传统“越快越好”思路的设计，是否意味着整个界面工程方向都需要重新审视？答案可能让你忍不住去翻那篇Nature Energy。
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（通讯员物轩）近日，武汉大学物理科学与技术学院教授王植平团队在Nature Energy（《自然·能源》）在线发表题为“A molecularly engineered electron-selective self-assembled monolayer enhances quasi-Fermi level splitting in inverted perovskite solar cells”的研究论文。物理科学与技术学院博士生李慕白、博士后杨远航、李升及杨晓添为该论文共同第一作者，王植平为通讯作者。武汉大学为第一署名单位。
钙钛矿太阳能电池虽已展现出优异的光电转换效率与低成本优势，但在界面（尤其是钙钛矿/C60界面）处的准费米能级劈裂不足，仍是提升开路电压和整体性能的瓶颈问题。传统策略一味追求“越快越好”，通过快速界面抽取可减少界面载流子停留时间以抑制非辐射复合。但团队发现：当界面已被有效钝化、获得极低界面复合速率后，过快抽取反而会迅速耗尽界面载流子密度，严重限制准费米能级劈裂和开路电压。
基于此，王植平团队创新提出“分子刹车”策略：在钙钛矿与C60界面引入分子工程设计的电子选择性自组装单分子层（N型SAM：3PDPA）。该分子层不仅降低了电子提取速率，还通过锚定未配位的铅离子和形成氢键网络钝化了界面缺陷，同时借助π–π相互作用改善了与C60层的接触，实现“慢提取+强钝化”的有效协同。实验结果显示，采用3PDPA界面的反式钙钛矿太阳能电池在1.53 eV和1.77 eV带隙下分别实现了26.82%和21.2%的光电转换效率。同时，与传统的卤化铵盐钝化剂相比，这种新型SAM分子展现出了优异的长期稳定性。在ISOS-L-3标准测试下运行约1,000小时后，器件仍能保持90%的初始性能。此前领域研究多聚焦于空穴传输层界面处p型SAM分子的设计优化，而对适用于电子传输层一侧的n型SAM关注较少。该研究提出的n型SAM分子，为提升钙钛矿太阳能电池的光电性能与稳定性提供了新的界面设计思路。
该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划以及武汉大学科研公共服务条件平台的支持。
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武大这波操作有点东西，居然反其道而行之搞“刹车”？