晶体硅（c-Si）太阳能电池凭借其卓越的性能、长期可靠性和不断降低的制造成本，推动了全球光伏产业的快速发展。隆基公司通过背接触电池架构将c-Si太阳能电池的功率转换效率（PCE）提升至27.81%1,2。然而，进一步的性能提升将面临来自俄歇复合和寄生吸收损耗的基本限制3,4,5，随着硅光伏技术逐渐接近其理论效率上限约29.40%，效率增长将逐渐放缓6。为维持硅光伏技术的主导地位，宽带隙（WBG）金属卤化物钙钛矿与硅异质结（SHJ）底电池的叠层集成展现了巨大潜力7,8。钙钛矿/硅叠层构型已实现经认证的PCE达到34.85%1，确立了其作为超越单结限制的技术可行途径，通过载流子传输优化和光子管理来实现突破9,10,11,12,13,14,15,16,17
目前，高效钙钛矿/硅叠层太阳能电池通常采用金字塔纹理来实现钙钛矿和硅子电池之间的电连接16，这可显著减少光学反射损耗。大多数研究团队通常先在平面透明导电氧化物（TCO）玻璃衬底上优化WBG钙钛矿电池，然后在构建钙钛矿/硅叠层太阳能电池时将优化工艺转移到金字塔纹理衬底上18。然而，尽管在平面玻璃衬底上单结WBG钙钛矿的出色光伏性能已被频繁报道，由此产生的叠层器件大多表现出不可接受的大幅性能损失，而这不能简单地归因于硅底电池本身。该问题主要源于纹理化界面处显著的载流子复合和接触电阻损失19,20,21。作为金字塔纹理与钙钛矿薄膜之间的界面层，空穴传输层（HTL）（通常为自组装单层[SAM]）的特性决定了载流子提取效率和界面复合损失22。此外，纹理化表面会破坏钙钛矿晶体的均匀成核和生长，通常导致薄膜不连续和局部短路通路的形成。因此，在亚微米级纹理化表面上实现连续且分布均匀的钙钛矿层要比在平面玻璃衬底上困难得多，因为在平面玻璃上更容易实现均匀润湿和可控结晶。为应对这些挑战，优化分子亲和力、覆盖率和跨纹理化界面的润湿性至关重要。这不仅可以缓解纹理导致的异质性的不利影响，还有助于提高器件的可重复性和性能。
为优化SAM的分子设计以增强钙钛矿基太阳能电池中的电荷传输和底界面钝化，已实施了多种策略。通过双齿或多锚定基团（如硫醇、磷酸、磺酸和硼酸）对锚定基团进行工程化，据报道可增强与金属氧化物衬底的结合21,23,24,25,26。进行了战略性官能团取代（如Br、氨基和羧基），以有效钝化未配位的Pb2?阳离子和卤素空位27,28。通过使用咔唑或苯并二噻吩单元扩展π-π共轭骨架，以促进载流子传输并优化能级对齐29,30,31。显然，这些SAM分子整合到平面TCO玻璃衬底上已据报道实现了器件性能的显著提升。然而，将此策略直接应用于亚微米级金字塔纹理衬底用于叠层太阳能电池的结果并不一致。在我们的实验室中，我们持续观察到一些在平面单结器件上表现出色的SAM，在纹理化叠层构型上往往无法提供可比性能改善。即使在经过广泛的工艺优化后，这种差异仍然存在，促使我们深入探究其潜在机制。因此，迫切需要可靠的SAM，能够在保持高效表面钝化和电荷提取性能的同时，对亚微米级粗糙纹理进行保形包覆32。
在本工作中，我们设计了一种SAM——(4-(5H-苯并[a]3苯并[4,5]噻吩并[3,2-c]咔唑-5-基)丁基)膦酸（PS-4PACz，本工作中亦命名为L30），其含有噻吩基团和膦酸。与常用的Me-4PACz（Me4）分子相比，该分子在纹理化In2O3表面的峰位和谷位均表现出更强的结合亲和力和更高的分数覆盖率。使用Me4及其他常用SAM分子制备的单结WBG钙钛矿器件的光电性能在平面玻璃衬底与金字塔纹理衬底上表现出结果不一致。然而，L30分子能够桥接纹理衬底的结构差异，在金字塔纹理上实现稳健锚定、良好的埋层界面钝化和低接触电阻，从而最大限度地减少非辐射复合和载流子传输损失。我们基于双面纹理化SHJ底电池构建了钙钛矿/硅叠层器件，实现了经认证的稳定PCE为34.15%。此外，基于L30的叠层器件表现出改善的稳定性，在连续光照2,200小时后仍保持初始效率的90%。
