自组装单分子层（SAM）虽仅为纳米尺度界面层，却直接影响反式钙钛矿太阳能电池的埋底结晶与电荷提取。本研究针对反式钙钛矿太阳能电池中自组装单分子层（SAM）锚定不足、覆盖不均、前驱体润湿性差及埋底界面缺陷严重等难题，提出无添加剂溶液剪切策略。通过调控分子初始吸附和界面结合，改善钙钛矿成膜并抑制非辐射复合。器件效率达 23.16%，在连续光照 2100 h 后仍保持 89% 的初始效率。该方法在工艺简便性和材料普适性方面具有良好的工艺放大潜力，可为高效稳定反式钙钛矿太阳能电池的产业化提供技术支撑。
Wenjun Xu, Lin Zhang, Jinghang Tang, Ying Yang*; Solution-shearing strategy for improved anchoring of self-assembled monolayers in inverted perovskite solar cells. Chem. Commun. 2026; 62 (50): 12688–12692. https://doi.org/10.1039/d6cc02421a
作者及单位：
徐文军，张林，唐景航，杨英*
中南大学资源循环研究院，湖南 长沙 410083
发表信息：
Chemical Communications（IF=4.3,JCRQ2/NI） [2026], [62 (50)]: [12688–12692]
全文链接/DOI：
https://doi.org/10.1039/d6cc02421a
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在“双碳”目标和光伏产业绿色低碳转型背景下，发展高效率、长寿命、低环境负荷的光伏技术，是推动新能源产业高质量发展与资源循环利用的重要基础。反式钙钛矿太阳能电池凭借低温制备、界面能级匹配和良好的叠层兼容性，成为新型光伏器件的重要发展方向。然而，现有自组装单分子层（SAM）空穴传输界面仍面临分子锚定不足、聚集不均匀及前驱体润湿性差等问题，易引发埋底界面缺陷、非辐射复合和器件稳定性下降，制约其高效化与规模化制造。现有研究多侧重分子结构设计、化学添加或基底预处理，而对涂布过程中分子初始吸附行为的调控仍有进一步研究空间。基于此，本研究将调控重点由“更换分子”转向“优化组装过程”，采用无添加剂溶液剪切策略，利用定向流场与持续剪切应力调控SAM分子初始吸附取向，促进膦酸基团与基底羟基的脱水缩合，形成高覆盖、均匀有序的界面层，并改善钙钛矿前驱体润湿性与结晶质量。该方法兼具机制创新、工艺简便和材料普适性，已实现23.16%的器件效率及2100 h连续光照稳定性，展现出良好的工艺放大潜力。这一从分子吸附与锚定环节入手的工艺创新，为高效稳定反式钙钛矿太阳能电池的界面构筑提供了新思路，兼具工艺简便性与规模化应用潜力，并为后续面向绿色制造、寿命提升及全生命周期资源环境效益优化的研究奠定基础。
（1）揭示溶液剪切调控SAM界面组装行为：阐明定向流动与剪切作用对SAM分子吸附、排列及界面结合的影响，深化对SAM成膜过程的认识。
（2）建立无添加剂溶液剪切界面构筑方法：实现SAM层均匀覆盖与表面润湿性的协同改善，并促进后续钙钛矿薄膜的高质量形成。
（3）验证界面构筑策略的材料普适性与器件有效性：该方法适用于多种典型SAM体系，并可有效提升反式钙钛矿太阳能电池的光伏性能与运行稳定性。
图1为旋涂与刮涂条件下SAM的形成机制及表面性质表征结果。传统旋涂过程中剪切分布不均且溶剂挥发较快，容易使Me-4PACz分子形成低覆盖、聚集或取向紊乱的分子层；本工作采用溶液剪切刮涂，利用定向流场和持续剪切力调控SAM分子的初始吸附取向，促进膦酸基与NiOx表面羟基充分接触并形成稳定锚定。XPS及接触角结果表明，静态刮涂（SBC）和动态刮涂（DBC）均可提高SAM的表面覆盖度，同时显著改善钙钛矿前驱体的界面润湿性，为后续形成高质量钙钛矿薄膜提供良好基础。
不同SAM制备方式所得钙钛矿薄膜在埋底界面形貌、化学组成、晶体结构及缺陷状态方面表现出明显差异。静态旋涂（SSC）、动态旋涂（DSC）制备的SAM表面的润湿性较差，所得薄膜底部存在较多纳米孔洞，而刮涂法制备的SAM上形成的钙钛矿薄膜呈现更加致密、平整的埋底界面。XPS结果显示，刮涂能够抑制埋底界面碘损失及金属Pb⁰缺陷形成；XRD、Urbach能和稳态PL测试进一步表明，溶液剪切可改善钙钛矿结晶质量、缓解晶格应变并降低缺陷密度。由此形成的高质量埋底界面能够减少非辐射复合，为提升载流子传输和器件稳定性提供结构基础。
图3为不同SAM制备方式下器件的光伏性能、载流子输运及稳定性测试结果。与最佳旋涂器件22.36%的光电转换效率和1.05 V的开路电压相比，SBC器件的效率提高至23.16%，开路电压达到1.08 V；SBC和DBC器件的填充因子损失分别为1.98%和2.20%，低于SSC的6.57%和DSC的3.23%，同时表现出更高的内建电势和更低的暗态反向饱和电流，说明界面复合与漏电通道得到有效抑制。连续光照2100 h后，刮涂器件仍保持88%—89%的初始效率；85 ℃热老化294 h后保持76%—84%，表明致密的自组装单分子层（SAM）能够构筑更加稳固的埋底界面，可提高钙钛矿薄膜及器件的稳定性。
本研究针对反式钙钛矿太阳能电池中SAM锚定不充分、分布不均及前驱体润湿性差等问题，提出无添加剂溶液剪切策略。通过刮涂构建单向流场和持续剪切力，调控Me-4PACz的初始吸附，促进膦酸基与NiOx表面羟基形成稳定键合，从而获得致密、有序且高覆盖的SAM。该界面结构显著改善钙钛矿成膜与结晶质量，减少埋底界面纳米空洞和晶格应变，抑制缺陷辅助复合，提升载流子分离与传输能力。基于该策略的器件实现23.16%的最高光电转换效率，并在连续光照2100 h后保持89%的初始效率；其对多种咔唑类SAM同样适用。研究揭示了“剪切调控—分子锚定—界面结晶—器件性能”之间的构效关系，为SAM组装及埋底界面调控提供了新的理论认识。该方案无需额外添加剂或复杂分子设计，工艺简单、兼容性强并具有规模化潜力，可为高效率、高稳定性钙钛矿器件的连续制备和产业化应用提供技术支撑。后续可重点开展刮涂参数优化、大面积组件制备及长期稳定性研究。
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