自组装，斩获一篇Science

第一作者：Zhenghong Dai

通讯作者：Nitin P. Padture

通讯单位：布朗大学

金属卤化物钙钛矿(MHP)光吸收层的低形成能使得在室温或接近室温条件下对钙钛矿太阳能电池（PSC）进行溶液加工，但同时也产生它的不稳定性。尽管改善PSC运行稳定性和量产的研究已经取得了稳步进展，但PSC要有效运行几十年，还需要具有机械可靠性。提高PSCs的机械可靠性极具挑战性，因为MHP的形成能较低，这会导致其固有的机械性能较差，即意味着MHP是低屈服的(低杨氏模量)、柔软的(低硬度)和脆性的(低韧性)。此外，在平面PSC多层堆叠中，MHP薄膜与临近功能层之间的界面更加脆弱，容易发生过早的分层。这些因素进而限制了PSC界面稳定性和长期可靠性。

有鉴于此，布朗大学Nitin P. Padture等使用碘端自组装单分子层(I-SAM)作为“分子胶”，提升了MHP薄膜和底层SnO2电子传递层(ETL)之间脆性界面的机械韧性。研究结果表明，用末端与表面羟基反应的I-SAM处理后，电子传输层与钙钛矿混合薄膜之间的粘附韧性提高了50％，增强了器件的机械可靠性。I-SAM处理不仅将器件（ Cs0.05(FA0.85MA0.15)0.95Pb(I0.85Br0.15)3）的PCE从20.2%提高到21.4%和减小了磁滞现象，而且提高了器件在1个太阳辐照和最大功率点(MPP)连续追踪下的运行稳定性，将T80时长（保持80%初始效率的时间）从800小时增加到4000小时。运行稳定性测试表明，没有SAMs的PSC在ETL/钙钛矿界面上出现了广泛的不可逆形态降解，包括孔隙的形成和分层，而有I-SAM的PSC表现出最小的损伤积累。这种差异归因于界面上羟基的减少和界面韧性的提高。另外，研究人员还注意到SAMs不仅可用于增韧其他类型器件的界面，同时改善其他功能性能，例如热导率。

相关结果以“Interfacial toughening with self-assembled monolayers enhances perovskite solar cell reliability”为题发表在Science期刊上。

图1 ETL/MHP界面的机械性能

图2 PSC的结构和性能

图3 PSC的运行稳定性

图4 PSC运行稳定性测试的SEM表征

Interfacial toughening with self-assembled monolayers enhances perovskite solar cell reliability. Science 372 (6542), 618-622. DOI: 10.1126/science.abf5602