金属卤化物钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells, PSCs)因其兼具高光电转换效率与低成本加工优势，被认为是最具潜力的新一代光伏技术之一。其中，反型(p-i-n)结构PSCs凭借优异的可扩展性及与叠层器件的良好兼容性，近年来受到广泛关注。自组装空穴选择性分子(self-assembled hole-selective molecules, SHMs)作为反型PSCs的关键组成，其分子结构及组装模式直接影响界面电荷转移动力学、钙钛矿结晶过程以及器件最终性能。然而，传统呈高度有序排列的SHMs往往难以满足界面高效电荷传输的需求，这已成为制约器件性能进一步提升的重要瓶颈。
针对上述问题，该研究创新性地设计并合成了一种新型自组装空穴选择分子2Ph-CbzNaph，并系统对比了其与传统CbzNaph分子在组装行为及器件性能方面的差异。研究结果表明，基于2Ph-CbzNaph的小面积(0.0725 cm2)电池实现了27.1%的稳态光电转换效率(认证值为26.67%)；在放大至1 cm2器件后，效率仍达到26.0%(认证值为25.94%)。此外，在85 ℃、1个等效太阳光照的严苛条件下，器件连续运行1240小时后仍可保持初始效率的91%，展现出优异的光热协同稳定性。
图1. (a) CbzNaph与2Ph-CbzNaph的分子结构； (b) 两种分子的SFG谱图(3000-3200 cm-1, ssp偏振)； (c) 分子平均取向角(选自原文)
SHMs在埋底界面处的排列方式及其凝聚态结构与其器件宏观性能密切相关，但受限于传统表征手段，界面分子取向及其微观结构信息难以精确解析。为此，课题组利用对界面敏感的二阶非线性光谱技术—和频振动光谱(SFG)，对2Ph-CbzNaph与CbzNaph分子在界面处的取向排布进行系统表征。结果显示，在ssp偏振条件下，CbzNaph分子在3065 cm-1处(对应芳环骨架上C-H伸缩振动)的信号强度显著高于2Ph-CbzNaph分子，表明CbzNaph倾向于沿表面法线方向有序排列，而2Ph-CbzNaph则呈现准随机取向分布。进一步定量分析得到，CbzNaph分子的平均取向角为25°，而2Ph-CbzNaph为37°(图1)。该结果为超薄分子层的取向特征提供了关键实验证据。相关成果“Quasi-random oriented molecular contacts for inverted perovskite solar cells with improved efficiency”于2026年3月27日发表于《Nature Energy》(DOI: 10.1038/s41560-026-02024-7)。博士生蒋振威在王新平教授指导下完成了SFG相关测试与分析工作，并与王新平教授一起为论文共同作者。
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41560-026-02024-7