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钙钛矿太阳能电池（PSCs）凭借其独特的光电特性以及低廉的生产成本，在光伏领域成为备受瞩目的研究焦点。近期，中科院青岛生物能源与过程研究所包西昌研究员、泰山学院Yawei Miao和青岛理工大学谷传涛副教授强强联合，带领其团队在该领域开展了深入且富有成效的探索，取得了一系列具有重要价值的关键进展。

其中，自组装单分子层（SAMs）作为新型界面修饰材料，在p - i - n结构钙钛矿太阳能电池中作为空穴传输层时，展现出了极为优异的性能。得益于SAMs技术的飞速发展，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已成功突破27%这一关键瓶颈。

然而，SAM材料的发展并非坦途，目前正面临着诸多严峻挑战，如分子聚集、润湿性差以及长期稳定性不足等问题。因此，对SAM进行全面、深入且系统的综述与分析，对于开发新型、高性能的SAM材料而言具有至关重要的意义。包西昌研究员团队系统回顾了近年来SAMs的研究进展，深入剖析了其在钙钛矿太阳能电池中的结构设计与功能作用，并对新型SAMs的设计理念及其商业化前景进行了前瞻性的展望。相信本综述将为科研人员开发出功能性更强、更具创新性的SAM材料提供坚实的理论依据和有力的实践指引，进而加速推动钙钛矿太阳能电池从实验室研究迈向实际应用。

在分子设计的基础上，该团队研究人员创新性地采用了表面修饰策略，引入不同的自组装单分子层（SAM）材料作为界面修饰剂，对电子传输层（ETLs）进行了系统且精细的优化。他们成功开发了双极性分子HOOC(CH₂)ₙ - PP - CH₂ - NH₃Cl（当n = 0时记为A，n = 1时记为B）。通过刚性联苯（PP）主链与柔性亚甲基链的协同作用，巧妙地实现了氧化锌（ZnO）表面与钙钛矿层之间的良好结构相容性。其中，─NH₃⁺通过静电相互作用，精准地引导钙钛矿定向生长；而─COOH基团则通过双齿配位模式，有效地钝化ZnO中的氧空位，使得器件的光电转换效率（PCE）从3.9%大幅提升至8.8%。

随后，该团队采用L - 组氨酸（L - His）对二氧化锡（SnO₂）电子传输层进行修饰。其─COOH基团与SnO₂中的Sn⁴⁺发生相互作用，显著降低了氧空位浓度；而─NH₃⁺基团则通过氢键作用，增强了与钙钛矿层的界面结合强度。这种对电荷提取过程的协同优化，使器件PCE达到21.04%。值得一提的是，该研究首次将生物相容性分子引入电子传输层界面工程，为钙钛矿太阳能电池的绿色制造工艺开辟了一条全新的途径。

为进一步攻克ZnO的化学不相容性难题，该团队精心设计了噻吩乙酸衍生物2 - TA和3 - TA作为自组装单分子层修饰剂。羧酸基团牢固地锚定在ZnO表面，而噻吩环中的硫原子凭借其路易斯碱性，有效地钝化钙钛矿中的Pb²⁺。此外，4.09 D的分子偶极矩显著降低了ZnO的功函数（WF），优化了界面能级对齐。经2 - TA修饰的器件PCE高达20.6%，且热稳定性显著优于对照组，这主要归因于硫 - 铅配位作用对钙钛矿分解的有效抑制。不同电子传输型自组装单分子层修饰的器件性能总结于表7。

目前，针对n型自组装单分子层的研究仍明显滞后于p型空穴传输型自组装单分子层。界面结构稳定性不足以及n型自组装单分子层设计复杂等问题，依旧是制约其实际应用的主要瓶颈。未来，该团队认为需进一步探索具有更高稳定性的分子设计方案，并深入阐明界面相互作用机制，从而推动基于自组装单分子层的电子传输层在高性能、稳定钙钛矿太阳能电池中得到广泛应用，助力钙钛矿太阳能电池产业实现新的突破与发展。

文献信息

Self-Assembled Monolayers for High-Performance Perovskite Solar Cells

Shaoyun Jia, Chuantao Gu, Xue Zhou, Yawei Miao, Yong Tian, Shuguang Wen, Jiping Ma, Xichang Bao

https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202512747