研究背景
自组装单分子层（SAM）是提升反式PSCs效率的关键材料，但现有技术依赖混合多种分子来优化薄膜均匀性，不仅增加工艺复杂度，还可能降低材料导电性。如何用单一分子实现高均匀性SAM层，成为领域亟待解决的难题。
研究内容
近日，南开大学有机新物质创造前沿科学中心袁明鉴、姜源植团队针对自组装单分子层（SAMs）如何在基底表面实现均匀覆盖这一直接影响器件性能与稳定性的问题进行深入研究。该研究以“Homogenized Self-Assembled Molecules for Inverted Perovskite Solar Cells”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》期刊，有机新物质创造前沿科学中心姜源植研究员为该论文通讯作者，化学学院物理化学专业博士研究生丰宇、王雨，硕士研究生杨浩为该论文共同第一作者，南开大学有机新物质创造前沿科学中心为论文通讯单位。
创新方案
研究团队创新性提出“全刚性分子设计”策略，将更大平面共轭的开发出新型SAM分子——(4-(芘-1-基)苯基)膦酸（PhPAPy）。该分子具有三大优势：
1.集中取向：全刚性结构使分子近乎垂直排列，限制分子转动自由度；
2.紧密堆叠：芘环间的强π-π相互作用有助于形成致密均匀薄膜；
3.工艺简化：单一分子即可实现传统混合SAM的性能，大幅降低制备难度。
研究团队将理论模拟与实验表征结合，系统阐明均匀致密SAM层的形成机制，提升空穴传输层的质量、降低缺陷密度并优化了器件性能。
图1. (a, b) (a)4PACz和(b)PhPAPy分子的化学结构、静电势能面(EPSs)及偶极矩。(c, d) 300K下AIMD模拟中SAM分子在ITO表面的角度演化，以及(c)4PACz和(d)PhPAPy在ITO衬底上的最终构型。(e, f)多个(e)4PACz和(f)PhPAPz分子在ITO衬底上的排列及分子间相互作用。(g, h)ITO衬底上(g)4PACz和(h)PhPAPy涂层的示意图。
性能突破
基于PhPAPy的电池效率获得中国计量科学院权威认证：反向扫描效率：26.74%，稳态功率输出效率：26.12%，这是迄今为止反式钙钛矿太阳能电池的最高效率之一。
展望
该研究不仅为钙钛矿电池提供了更简化的高性能方案，其“刚性分子调控”策略还可拓展至其他光电器件领域，助力清洁能源技术发展。相关成果已发表于学术期刊Angewandte Chemie International Edition，并进入产业化评估阶段。
上述研究工作得到了国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金委创新群体等项目的资助，同时也得到了特种化学电源全国重点实验室、有机新物质创造前沿科学中心等平台的大力支持。
文献信息
Yu Feng, Yu Wang, Hao Yang, Saisai Li, Jiefeng Luo, Xue Han, Thamraa Alshahrani, Bo Mai, Di Wang, Zijin Ding, Wenda Sun, Changjiu Sun, Quanlin Chen, Keyu Wei, Yanxing Feng, Lutong Song, Xiyan Li, Xiao-Ye Wang, Wen-Di Li, Qinyou An, Yuanzhi Jiang, Mingjian Yuan. Homogenized Self-Assembled Molecules for Inverted Perovskite Solar Cells.
