6月26日，国际顶级学术期刊《Nature》在线发表了题为《uried interface molecular hybrid for inverted perovskite solar cells》的重要研究进展，我校霍夫曼先进材料研究院李竞白博士为论文共同第一作者，我校为论文共同第一完成单位（DOI:10.1038/s41586-024-07723-3）。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07723-3。
反式（p-i-n）钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells, PSCs）因其兼顾高效率和稳定性、易于量产和叠层等优势，是当前PSCs这一新兴光伏技术产业化的主流技术路线。反式钙钛矿太阳能电池的器件效率对自组装分子层（self‐assembled monolayers， SAMs）的薄膜厚度极为敏感，常用SAMs如[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸（Me-4PACz）在基底自组装状态不受控制、分子尺度上的分布不均，对钙钛矿前驱体溶液的表面浸润性差，容易导致埋底界面存在大量微小孔洞和结晶不理想的问题。
本工作创新地提出一种埋底界面自组装单分子杂化（hybrid）策略，即在Me-4PACz前驱液中引入同样具有大π共轭基团且含有对称多羧基的三苯胺单体（4,4’,4’’-硝基三苯甲酸（NA））。通过对比TA.、BA等共吸附剂，发现NA作为共吸附剂，其分子结构更有利于增强与Me-4PACz间强π-π相互作用，能更好的减少Me-4PACz超薄膜在沉积过程中的自聚集效应(图1)，诱导Me-4PACz分子在2nm尺度上获得更加均匀的分布，从而提高了钙钛矿薄膜埋底界面处光生载流子的抽取效率。分子动力学模拟结果显示，Me-4PACz平趴式分布在氧化镍/钙钛矿界面，第一性原理计算表明其膦酸基团和π环均可以与氧化镍基底作用，且Me-4PACz的π环能够钝化钙钛矿表面Vpb2+深能级陷阱，从而减少界面非辐射复合。同时，上述策略使得钙钛矿溶液在Me-4PACz上的润湿性得到了有效改善，消除了埋底界面处的纳米孔隙并释放了钙钛矿薄膜压缩应力，增强了钙钛矿埋底界面结晶性，这进一步降低了埋底界面缺陷浓度。最终权威第三方机构（国家光伏产业计量测试中心NPVM）准稳态认证效率为26.54%，超过此前同机构认证的进表效率纪录（26.1%，NPVM）。
图1. 基于分子动力学和第一性原理计算的不同hybrid空穴选择层界面研究。
本工作中的动力学模拟和第一性原理计算工作由我校霍夫曼先进材料研究院的李竞白博士完成。器件制备与实验表征由华中科技大学武汉光电国家研究中心的陈炜-刘宗豪教授团队完成。
据悉，这已是我校研究成果第三次登上《Nature》或《Science》，前两次分别是：
2022年7月，《Science》发表新型纳米孔材料节能绿色分离二甲苯相关研究成果，我校为论文通讯单位之一（DOI：10.1126/science.abj7659）。
2024年2月，《Science》发表高效太阳能电池钙钛矿前驱体水系合成相关研究成果，我校为论文参与单位之一（DOI：10.1126/science.adj7081）。（霍夫曼研究院 鹿璐）
