学术大爆发！2年3篇西湖大学最年轻博导王睿再发Nature基于分子的选择性接触已成为确保高效倒置钙钛矿太阳能电池的关键组成部分。这些分子总是由杂原子取代的共轭核组成，以提供理想的载流子传输能力。到目前为止，成功的共轭核设计仅限于两种N取代π共轭结构，咔唑和三苯胺，分子优化围绕它们的衍生物进行。

　　2024年7月24日，西湖大学王睿及浙江大学薛晶晶共同通讯在Nature线发表题为“peri-Fused polyaromatic molecular contacts for perovskite solar cells”的研究论文，该研究报道了一种没有杂原子取代的多芳核心结构，它比传统的杂原子取代核心结构具有更好的载流子传输和选择性。

　　这种核心结构产生了相对化学惰性和结构刚性的分子接触，这大大提高了钙钛矿太阳能电池在效率和耐用性方面的性能。在不同的加速老化测试中，冠军装置的效率高达26.1%，大大提高了寿命。

　　另外，2023年6月21日，西湖大学王睿、浙江大学薛晶晶、加利福尼亚大学杨阳及瑞士洛桑联邦理工学院Mohammad Khaja Nazeeruddin共同通讯在Nature在线发表题为“Oriented nucleation in formamidinium perovskite for photovoltaics”的研究论文，该研究报告了一种新的甲脒铅碘钙钛矿取向成核方法。该机制可以帮助避免不良相的存在，并提高光伏器件在不同薄膜加工场景下的性能。该器件的功率转换效率为25.4%(经认证为25.0%)，该模块的面积为27.83 cm2，经认证的孔径效率为21.4%。

　　2022年3月15日，加州大学洛杉矶分校杨阳，西湖大学王睿（西湖大学工学院助理教授，独立PI，1993年生）及韩国成均馆大学Jin-Wook Lee共同通讯在Nature在线发表题为“Stability-limiting heterointerfaces of perovskite photovoltaics”的研究论文，该研究表明表面处理可能会引起负功函数偏移（即更多的 n 型），这会激活卤化物迁移以加剧 PSC 不稳定性。因此，尽管表面钝化具有有益效果，但这种有害的副作用限制了以这些方式处理的 PSC 可获得的最大稳定性改进。这种有利和不利影响之间的权衡应指导通过表面处理提高 PSC 稳定性的进一步工作。

　　与普通电池相比，倒置钙钛矿太阳能电池(PSCs)在设备耐用性、串联结构兼容性以及市场整合潜力方面具有优势。随着基于分子的孔选择触点的出现，倒置PSCs的研究最近得到了推动，这提高了器件的功率转换效率(PCEs) 。这些分子具有共轭部分，通常可以在透明电极和钙钛矿的界面上自组装成单层或多层，以确保有效的电荷传输。其独特的特性，如易于制造，最小化寄生吸收和结构可调性，使其优于传统的选择性触点，成为实现高效倒转PSC不可或缺的因素。

　　这种选择性接触的分子设计通常涉及杂原子取代的π共轭烃结构。在共轭核中引入杂原子，如N、S和O，通常被认为可以提供来自孤电子离域的富集电子密度，从而确保有效的电荷传输能力。最成功的分子连接核心是咔唑和三苯胺(及其衍生物)，它们都是N取代的杂环结构。因此，围绕这两个骨架展开了广泛的分子结构优化研究，如侧链工程、杂原子插入和官能团裁剪等。然而，杂原子取代结构通常承诺理想的电子性能，但降低了结构完整性。在杂原子取代时，由于化学键的极化，反应位点可以同时引入，导致潜在的结构不稳定，特别是在偏压和光照等外场下。在保持高电子性能的同时，为分子接触提供更多的惰性共轭核对于PSC的长期稳定性至关重要，这是其商业化的主要障碍，但尚未被发现。

　　在这里，作者报道了一个分子结构，(2-(芘-1-基)乙基)膦酸，命名为Py3，用于构建一个强大的分子接触。与迄今为止报道的所有选择性接触分子不同，Py3具有芘的共轭核，没有任何杂原子取代，同时在界面上表现出特殊的电子性质。其周围融合的多芳族结构是化学惰性和构象刚性，允许一个安全的分子界面有效的电荷提取。研究表明，Py3的分子间堆积和非调和相互作用得到了显著增强，这有助于提高分子接触的性能。用Py3构建的倒置PSC的PCE为26.1%。在不同的加速老化测试中，目标设备显示出超过10,000小时的预计T90(太阳能电池退化到初始效率90%的时间)，表明它们对外部刺激的抵抗力大大提高。

　　本项研究的第一作者为西湖大学-浙江大合培养博士研究生赵可，西湖大学博士后刘情情、西湖大学助理研究员姚利兵为共同第一作者。西湖大学工学院PI王睿和浙江大学研究员薛晶晶为共同通讯作者。西湖大学理学院王鸿飞教授课题组为本项目和频光谱分析方面以及浙江大学团队学术带头人杨德仁院士对此工作提供了重要支持。

　　本工作受到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、白马湖实验室168体育app下载，西湖大学未来产业中心，浙江省全省智能低碳生物合成重点实验室等项目的资助以及西湖大学物质科学和分子科学实验平台的支持。