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华南理工大学材料科学与工程学院/发光材料与器件全国重点实验室应磊研究员、李宁教授团队国际顶尖期刊Nature发表题为以“Electrodeposited self-assembled molecules for perovskite photovoltaics” 研究成果，在自组装分子界面层制备方面取得重要突破。团队针对传统溶液法制备自组装分子界面时存在的覆盖不均、锚定不牢和功能调控受限等问题，提出了电沉积自组装分子界面构筑新策略，为提高倒置钙钛矿太阳电池光电转换效率和光伏器件长期稳定性提供了全新构筑平台和技术路径。
发光材料与器件全国重点实验室熊志辉、罗轩昂、唐滏伸为论文共同第一作者，李宁教授、应磊研究员为共同通讯作者，华南理工大学为唯一通讯单位。
在倒置钙钛矿太阳电池中，自组装分子（SAMs）是位于透明电极与钙钛矿吸光层之间的一层超薄界面材料。虽然其厚度只有约一个分子，却会直接影响电荷提取、钙钛矿薄膜生长以及器件长期稳定性。
传统旋涂、浸泡和刮涂等溶液方法主要依靠分子扩散、吸附完成组装，容易受到氧化铟锡电极（ITO）表面纳米尺度起伏的影响，造成局部堆积或覆盖不足。分子层中结合较弱的组分还可能在器件运行过程中发生脱附和迁移，制约大面积光伏模组的均匀性和稳定性。
针对这一问题，研究团队利用周期性变化的电化学电位，引导分子在ITO表面持续调整位置、填补空白并重新锚定。还原电位能够促进分子中膦酸基团去质子化，增加其与ITO表面有效位点相互作用的机会。
同时，循环电位则为分子重新排列提供了条件，使初始覆盖不足的区域逐步得到填补，从而形成更加均匀、致密和稳定的电极界面。
图1 旋涂法和电沉积法制备自组装分子示意图
团队进一步通过¹⁸O同位素示踪界面化学键中氧原子的来源。结果表明，旋涂样品更多表现出ITO上羟基参与的脱水缩合特征，而电沉积则保留了更多来自分子自身的¹⁸O支持去质子化膦酸根参与界面结合的相对贡献增加。由此，电沉积方法为自组装分子提供了一条对ITO表面羟基依赖较低的互补锚定路径，有助于增加有效锚定位点并提高分子层稳定性。
在获得均匀稳定的基础自组装分子层后，研究团队进一步通过电化学氧化偶联引入不同功能单元。其中，氰基可以改善钙钛矿前驱液的润湿和铺展，吡啶基团可以增强埋底界面的缺陷钝化，金刚烷基团则可以调节钙钛矿的成核和结晶过程。该策略使电沉积不再仅是一种分子层制备方法，而是进一步发展为能够根据电极界面需求按需引入不同功能单元的模块化构筑平台。
图2 电沉积提供模块化构筑平台示意图
更加均匀的界面覆盖、更加稳定的分子锚定以及有针对性的功能调控，共同促进了光伏器件中的电荷提取，并减少了载流子界面复合和传输损失。
基于该策略，小面积倒置钙钛矿太阳电池获得26.8%的光电转换效率，面积为65平方厘米的钙钛矿光伏模组实现21.3%的效率。与此同时，器件在光照、高温、高湿度和反向偏压等多种环境应力条件下均表现出更好的长期稳定性。该研究将电沉积调控的自组装分子形成过程与后续分子模块化功能化相结合，为高效稳定钙钛矿光伏器件的分子界面设计和可扩展制造提供了新的技术路径。
| 主要作者简介
熊志辉，论文共同第一作者，华南理工大学2022级硕博连读研究生，师从应磊研究员，在发光材料与器件全国重点实验室开展科研工作。目前研究重点是自组装分子的锚定、覆盖均匀性、功能化调控及其在高效稳定钙钛矿光伏器件中的应用。
罗轩昂，论文共同第一作者，2025年获得华南理工大学材料科学与工程博士学位，现为华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室博士后助理研究员，主要研究方向为光伏有机功能材料设计及其聚集行为调控。
唐滏伸，论文共同第一作者，华南理工大学2022级硕博连读研究生，师从应磊研究员，在发光材料与器件全国重点实验室开展科研工作。目前的研究方向为高效稳定的钙钛矿光伏器件的制备与优化，研究侧重自组装单分子层等空穴传输层的界面调控在钙钛矿光伏中的应用。
李宁，论文通讯作者，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室教授、博士生导师，国家海外引进高层次青年人才（2021），TCL青年学者。长期从事材料基因工程前沿技术加速先进光电材料与器件的研究与应用，在高通量智能实验、人工智能以及数据驱动光电材料与器件研发方面取得了系列研究成果。近年来在 Nature、Nature Energy 等国际学术期刊发表论文240余篇，引用2万余次，H因子为80，多次入选科睿唯安“高被引科学家”榜单，获2023年材料基因工程国际论坛青年科学家一等奖。
应磊，论文通讯作者，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室研究员、博士生导师，国家优秀青年科学基金获得者、广东省杰出青年科学基金获得者，入选“广东特支计划”青年拔尖人才。
长期从事有机和高分子半导体材料、光电器件及成果转化研究，在Nature、Nature Energy、Nature Photonics、Nature Communications、Advanced Materials 等期刊发表SCI论文200余篇，被引用万余次，入选ESI高被引论文20余篇，获授权中国及美国发明专利100余件。代表性成果曾入选“中国百篇最具影响国际学术论文”，并获中国科协优秀论文奖等，研究成果曾获广东省自然科学一等奖（排名第二）。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-026-10844-6
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