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ACS Energy Lett.："三合一"自组装分子实现高效倒置CsPbI₃太阳能电池

云深
2026-05-13


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全文概要

中国科学院化学研究所胡劲松、北京化工大学李明华研究团队报道了一种"三合一"多功能自组装分子（SAM）共沉积策略，用于制备高效倒置无机CsPbI₃钙钛矿太阳能电池。通过将SAM直接掺入CsPbI₃前驱体溶液，该分子在退火过程中自发富集于埋底界面形成空穴选择性接触，同时加速钙钛矿结晶动力学并全面钝化晶界与界面缺陷。基于此策略，倒置CsPbI₃器件实现了21.10%的光电转换效率（认证效率20.62%），1 cm²器件效率达19.69%，且在约50°C连续最大功率点跟踪运行680小时后仍保持90%的初始效率。

本文要点

  1. 合成与结构：将含膦酸锚定基团和甲氧基的MeO-2PACz SAM直接溶于CsPbI₃前驱体溶液中，一步沉积在裸FTO基底上。ToF-SIMS和HR-TEM证实，SAM在退火过程中自发富集于FTO/钙钛矿埋底界面及晶界处，形成约1.6 nm的非晶包覆层，同时实现界面修饰与体相掺杂。

  2. 结晶调控：原位GIWAXS表明，SAM的引入将CsPbI₃从DMAPbI₃中间体转化的结晶完成时间由约342秒缩短至285秒。所得目标薄膜杂相（δ-CsPbI₃、DMAPbI₃、Cs₄PbI₆）信号完全消失，晶粒更大，表面更均匀致密，光致发光分布高度均一。

  3. 缺陷钝化与能级优化：DFT计算和¹H NMR、XPS等证实，SAM的膦酸基团（结合能-5.17 eV）和甲氧基（结合能-4.47 eV）均能与欠配位Pb²⁺形成强配位作用。目标薄膜缺陷态密度从4.21×10¹⁵ cm⁻³降至3.19×10¹⁵ cm⁻³。同时，SAM使FTO功函数从4.22 eV提升至4.74 eV，钙钛矿价带顶从-5.29 eV上移至-5.08 eV，界面能级更利于空穴提取。

  4. 器件性能与稳定性：冠军倒置器件PCE达21.10%（Voc=1.18 V，Jsc=21.41 mA cm⁻²，FF=83.79%），认证效率20.62%。1 cm²器件冠军效率19.69%，为当时同面积CsPbI₃倒置器件最高值。未封装器件在连续LED光照（N₂气氛）1272小时后效率几乎无衰减，在约50°C环境MPP追踪680小时后保持初始效率的90%。

https://pubs.acs.org/cms/10.1021/acsenergylett.6c00820/asset/images/large/nz6c00820_0005.jpeg

文献详情

Shuo Wang, Ming-Xin Li, Xueyuan Gong, et al. "Three-in-One" Self-Assembled Molecule Enables Inverted CsPbI₃ Solar Cells, ACS Energy Lett. (2026) DOI: 10.1021/acsenergylett.6c00820

全文链接

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.6c00820




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