近日，我校材料科学与工程学院赵德威团队与福建师范大学王漾团队以及厦门大学张金宝团队合作，报道了全钙钛矿叠层太阳电池的最新研究进展，相关成果“Self-assembled hole-selective contact for efficient Sn-Pb perovskite solar cells and all-perovskite tandems”发表于Nature Communications。四川大学为该论文第一完成单位，我校材料科学与工程学院赵德威教授、陈聪特聘副研究员、福建师范大学王漾教授和厦门大学张金宝教授为共同通讯作者，我校材料科学与工程学院2021级博士研究生朱景伟为第一作者，福建师范大学2022级硕士研究生黄小镇为共同第一作者。

钙钛矿/钙钛矿（全钙钛矿）叠层太阳电池因制备成本低并有望突破单结太阳电池的肖克利-奎伊瑟理论效率极限而备受关注。作为全钙钛矿叠层太阳电池的重要组成部分，锡铅（Sn-Pb）窄带隙钙钛矿底电池中严重的界面非辐射复合损失以及低质量的钙钛矿薄膜限制了叠层器件性能的进一步提升。

自组装单分子层（SAMs）在高性能钙钛矿太阳电池中显示出极大的潜力，可显著减少器件内部的界面非辐射复合损失。然而，目前大多数的SAMs在很大程度上仅适用于纯铅基器件，精准设计与合成可适用于锡基钙钛矿太阳电池的高效SAMs并探索其潜在的作用机制具有重要意义。

基于之前的研究工作，即通过乙二酸（OA）修饰Sn-Pb窄带隙底电池中传统空穴传输层PEDOT:PSS以改善空穴传输路径并诱导高质量Sn-Pb钙钛矿薄膜生长（Sci. Adv. 2024, 10, adl2063）；设计新型的给受体P型材料MPA2F-BT-BA（2F）取代PEDOT:PSS作为窄带隙底电池的空穴传输材料并同时适用于宽带隙顶电池以构建高效的全钙钛矿叠层太阳电池（Nat. Energy 2023, 8, 714-724），本研究以典型的给受体SAM分子 MPA-BT-BA （BT）为基础，在苯并噻唑单元上引入了不同长度的低聚醚侧链（即甲氧基、2-甲氧基乙氧基、2-（2-甲氧基乙氧基）乙氧基），分别制备了MPA-MBT-BA （MBT）、MPA-EBT-BA （EBT）和MPA-MEBT-BA（MEBT）等目标分子，并通过构建高效的空穴选择性接触（HSCs）制备高性能的Sn-Pb窄带隙钙钛矿及全钙钛矿叠层太阳电池。

图1.不同SAMs分子的结构、偶极矩以及ITO和钙钛矿之间的作用机制

低聚醚侧链的引入不仅可以有效改善材料本身的光电性质（如溶解性、偶极矩、分子堆积模式等）、加速电荷的高效提取，还可以通过改善Sn-Pb钙钛矿的结晶生长过程制备高质量的窄带隙钙钛矿薄膜。受益于Sn-Pb钙钛矿薄膜质量的提高和界面非辐射复合损失的明显减少，由EBT制备的Sn-Pb窄带隙钙钛矿太阳电池获得了23.54%的最优光电转换效率，并基于此制备了效率为28.61%的两端全钙钛矿叠层太阳电池。

该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金委、四川省科技计划项目、中央高校基本科研业务费专项资金、四川大学工科特色团队项目资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55492-4