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倒置钙钛矿太阳能电池中，自组装单分子层（SAM）与钙钛矿吸收层之间的埋底界面直接决定电荷提取、能级匹配和器件稳定性。然而，SAM 是分子级薄层，钙钛矿是离子晶体，两者本质上是结构失配的异质界面，常伴随粘附力弱、界面缺陷密度高和形貌不连续等问题。

针对这一挑战，香港城市大学叶轩立|华南师范大学刘升建&贾涛|大连理工大学于泽在Angew. Chem. Int. Ed.发表基于分子模板化的埋底界面，用于倒置钙钛矿太阳能电池。该工作提出一种“非共价分子模板化”埋底界面工程策略：将三苯胺基铵盐 TPANI 掺入钙钛矿前驱体，同时以结构匹配的三苯胺基双膦酸 TPA2P 作为 ITO 上的空穴选择层。TPANI 与 TPA2P 共享三苯胺（TPA）单元，可在埋底界面通过 π-π 堆叠等非共价作用形成类似 Ruddlesden-Popper 二维钙钛矿中间隔阳离子双层的分子排列：一层来自 SAM，另一层来自 TPANI，从而把 SAM 与钙钛矿“集成”起来。TPANI的铵端还能与钙钛矿表面欠配位 Pb 及卤素物种相互作用，实现缺陷钝化；TPA2P 的膦酸端则牢固锚定 ITO。

该工作将异质结设计思想转化为分子级界面模板，并提出可推广的分子设计规则：SAM 与添加剂应共享 π 共轭核以增强非共价耦合；SAM需含强锚定基团；添加剂应含铵端基等可与钙钛矿表面作用的基团。这为倒置钙钛矿太阳能电池埋底界面的结构匹配、能级调控和稳定性提升提供了通用框架。通过非共价分子模板化策略构建高质量SAM/钙钛矿埋底界面，使倒置钙钛矿太阳能电池获得 26.58% 的冠军效率、86.72% 的填充因子，并在连续运行 1000 h 后仍保持 97.2% 的初始效率。

图1. (a) TPANI 和 TPA2P 的分子结构。(b) 示意图展示 TPAN? 通过准RP型钙钛矿界面连接SAM与钙钛矿层，从而实现分子模板生长。(c) SAM与钙钛矿层之间的界面结构图。(d) PVK 和 PVK(TPANI) 薄膜表面（第一行）的水接触角，以及在 PVK 和 PVK(TPANI) 薄膜埋底界面（第二行）的水接触角。使用带有紫外固化胶的玻璃片剥离钙钛矿薄膜，暴露出钙钛矿层埋底界面。(e) ITO/TPA2P基底上剥离钙钛矿薄膜（含/不含TPANI添加剂）的拉伸测试。(f) 含/不含 TPANI 添加剂的钙钛矿薄膜 Pb-4f XPS 谱。

图2. (a) 钙钛矿前驱体溶液液滴（含/不含 TPANI 添加剂）在 ITO/TPA2P 基底上的接触角。(b-c) 沉积在 ITO/TPA2P 基底上的埋底钙钛矿薄膜（含/不含 TPANI 添加剂）的 SEM 图像。插图显示相应钙钛矿薄膜的晶粒尺寸统计分布。(d-e) 含/不含 TPANI 添加剂的埋底 PVK 界面的 AFM 图像。3D 高度表面图对应于 AFM 图像中红色虚线框的位置。图中红色箭头方向对应晶界方向。图2d和2e共用同一比例尺。(f) 含/不含 TPANI 添加剂的钙钛矿薄膜的 UPS 谱。左侧和右侧图分别显示二次电子截止边和价带区域。(g-h) (g) ITO/TPA2P/PVK 和 (h) ITO/TPA2P/PVK (TPANI) 的能级图。

图3. (a) PVK 基底和吸附一个 TPAN? 离子的 PVK 基底的 TDOS 与 PDOS 分布边缘态。(b) 吸附一个 TPAN? 离子的 PVK 基底的 VBM 和 (c) CBM。(d-e) (d) 钙钛矿薄膜和 (e) 含 TPANI 添加剂的钙钛矿薄膜的 PL mapping。(f) 从图3d-e中提取的 PL 强度分布。含/不含 TPANI 添加剂的钙钛矿薄膜的（g）PL和(h)TRPL 光谱。(i) 具有 ITO/TPA2P/perovskite (w/wo TPANI additive)/PTAA/Ag 结构的空穴单载流子器件的暗态J-V曲线。

图4. (a) PSC 的器件结构。(b) 基于钙钛矿（含/不含 TPANI 添加剂）的器件在反向扫描下的优化J-V曲线。(c) 基于PVK (TPANI)的器件的EQE光谱和积分电流密度。(d) 未冷却器件（工作温度达到 40 ± 5 °C）在 N? 和模拟 1 sun AM 1.5 G 光照下的 MPP 追踪。(e) Nyquist 图，(f) Mott–Schottky 图和 (g) 基于钙钛矿（含/不含TPANI添加剂）的器件的TPC衰减。(h) 基于钙钛矿（含/不含 TPANI 添加剂）的迷你模块（5 cm × 5 cm 基底，有效面积 14.1 cm²）的 J-V 曲线。(i) 基于含/不含 TPANI 添加剂的钙钛矿的宽带隙（1.79 eV）器件的 J-V 曲线。

期刊介绍

Angewandte Chemie是全球化学领域最具影响力的顶级期刊之一，由Wiley出版，创刊于1887年，最新影响因子为16.9。