主要内容

自组装单层（Self - assembled monolayer，SAM）材料在钙钛矿太阳能电池界面工程领域展现出广阔的应用前景，已然成为推动该领域技术革新的关键要素。然而，实现分子堆积密度、电荷传输效率以及缺陷钝化之间的**平衡，始终是该领域亟待攻克的关键难题。

01

创新设计策略与初步成果

在此关键研究背景下，南方科技大学理学院化学系许宗祥教授、香港城市大学任广禹教授（Prof. JEN Kwan Yue Alex）以及河南大学陈石教授等人三校联合、强强携手，共同开展了一项深入且**创新性的研究。研究团队提出了一种新颖的 SAM 材料设计策略，该策略巧妙地将柔性头部基团与刚性连接基团进行协同结合。

以（4 -（二苯氨基）苯基）膦酸作为模型分子展开研究，相较于传统材料（如（4 -（9H - 咔唑 - 9 - 基）苯基）膦酸和（4 -（二苯氨基）苯乙基）膦酸），此设计所制备出的钙钛矿层质量显著提升。该创新设计不仅达成了更优的能级匹配，还有效改善了空穴提取能力，大幅提*了电荷传输效率，进而有力地降低了非辐射复合。基于此模型分子的器件，在小面积（0.0715 cm²）和大面积（1 cm²）下分别取得了*达 26.21%和 24.49%的光电转换效率，充分彰显了该设计策略的**性能。

02

PATPA 分子结构探索与性能优势

基于上述对（4 -（二苯氨基）苯基）膦酸的研究，研究团队进一步深入探索，揭示了精心设计的 PATPA 分子的独特结构。该分子**匠心地将柔性三苯胺头部基团与刚性苯基桥联基团相结合。

通过与 PhpPACz 和 2PATPA 的性能进行全面对比，结果显示 PATPA 的表现更为优异。研究结果有力证实，PATPA 的集成设计显著改善了界面特性，形成了与钙钛矿层紧密结合且缺陷较少的优质界面。这一优质界面不仅优化了能级匹配，还大幅提*了空穴提取效率和载流子传输能力。

具体而言，在与 PhpPACz 的直接对比中，PATPA 被证实能够有效缓解晶格应力，抑制碘化铅（PbI₂）缺陷的形成，从而促进晶粒尺寸增大，使薄膜更加致密。与 2PATPA 相比，PATPA 的刚性连接基团确保了更*的分子堆积密度、更少的深能级陷阱态，进而减少了非辐射复合损失。

03

PATPA 器件性能表现与成果意义

在器件性能方面，采用 PATPA 的光伏器件同样表现出色，其**光电转换效率（PCE）达 26.21%，大面积器件（1 cm²）的光电转换效率也达到 24.49%。稳定性测试进一步表明，经 PATPA 修饰的器件在光照 1000 小时后仍能保持初始效率的 91%，在 85℃热老化 500 小时后仍能保持 88%的初始效率，展现出**的长期稳定性。

本研究开创了一种非取代头部基团系统的设计范式，巧妙融合了柔性与刚性原理，为创建*效且稳定的自组装单层（SAM）提供了宝贵见解。这一成果对于推动光伏技术的发展具有至关重要的意义，有望为钙钛矿太阳能电池的商业化应用开辟新的路径。

文献信息

Flexibility meets rigidity: a self-assembled monolayer materials strategy for perovskite solar cells

Jie Yang, Geping Qu, Ying Qiao, Siyuan Cai, Jiayu Hu, Shaoyu Geng, Ya Li, Yeming Jin, Nan Shen, Shi Chen, Alex K.-Y. Jen & Zong-Xiang Xu

https://www.nature.com/articles/s41467-025-62388-4

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