手性氮杂螺烯膦酸稳定高效钙钛矿-硅叠层太阳能电池研究

为解决传统平面咔唑基空穴选择性自组装分子(SAMs)在钙钛矿太阳能电池(PSCs)中存在的电势、热和光稳定性不足问题，研究人员开发了具有本征稳定性的手性螺旋形SAMs A5HPA和A7HPA。通过增强分子间π-π相互作用，实现了23.41%的单结宽禁带PSC效率和33.06%(认证32.57%)的钙钛矿-硅叠层太阳能电池效率，显著提升了器件在湿热和光热协同应力测试下的长期稳定性。

　　

这项突破性研究展示了手性氮杂螺烯膦酸(Aza-Helicene Phosphonic Acids)在稳定高效钙钛矿-硅叠层太阳能电池中的创新应用。传统平面咔唑基自组装分子(SAMs)面临电化学氧化、热老化和光降解等稳定性挑战。为解决这一难题，研究人员设计开发了螺旋构型的A5HPA和A7HPA分子，其独特的非平面π共轭体系赋予材料优异的本征稳定性。

特别值得注意的是，随着螺烯骨架扭转程度的增加，A7HPA的P型和M型对映体分子会像"齿轮啮合"般交替堆叠，产生强化的分子间π-π相互作用和共轭效应，从而显著增强空穴传输层的结构刚性。这种精妙的分子设计使得基于A7HPA的宽禁带钙钛矿单结太阳能电池实现了23.41%的功率转换效率(PCE)，而钙钛矿-硅叠层器件更是达到了33.06%的卓越效率(认证效率32.57%)。

在稳定性测试中，这些手性SAMs表现出优异的长期耐久性，能够耐受湿热环境和光热协同应力条件。该研究为开发高效稳定的钙钛矿光伏器件提供了新的分子设计思路，特别是通过引入螺旋手性结构来调控分子自组装行为，这一策略对未来有机光电材料的发展具有重要启示意义。