紫外线（UV）诱导的降解问题在埋藏界面尤为突出，已成为影响钙钛矿太阳能电池（PSCs）广泛应用的重大稳定性挑战。
2025年6月20日，中国科学技术大学杨上峰、南京大学陈爽、中国科学院大学刘生忠、扬州大学方志敏、在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Self-Assembled π-Conjugated Hole-Selective Molecules for UV-Resistant High-Efficiency Perovskite Solar Cells》的研究论文，Shantao Zhang、Xue Wang、Yu Wu为论文共同第一作者，杨上峰、陈爽、刘生忠、方志敏为论文共同通讯作者。
在此，研究团队合理设计并合成了新型硫杂酚修饰的自组装π共轭空穴选择性分子，即(4-(3,6-双(5-甲基噻吩-2-基)-9H-咔唑-9-基)苯基)膦酸（Me-TPCP），从而获得了紫外稳定高效PSC。
同时引入苯基和噻吩基团增强了分子共轭作用，有效地保护了咔唑核心与膦酸基团之间弱化学键，这种修饰增强了分子的内在紫外稳定性并提高了空穴传输能力。
此外，噻吩接枝到咔唑上可以与钙钛矿中的Pb2+离子配位，从而增强钙钛矿与空穴选择性分子的结合。
因此，钙钛矿薄膜的结晶性得到了显著提高，同时缺陷密度降低，从而抑制了其在紫外光照射下的降解。
通过引入甲基基团，分子稳定性进一步增强，Me-TPCP的能级得到精细调控，从而降低了界面能垒，有利于更高效地提取空穴。
基于Me-TPCP的倒置PSC器件具有这些优势，其效率显著高于对照器件（23.85%），达到了25.62%。
同时，这些器件在紫外稳定性方面显示出显著的增强，以及操作和热稳定性的提高。
图1：（a） Me-TPCP和TPCP的分子设计和结构功能关系分析。（b）在紫外光激发下，SAM分子C-N键断裂反应中吉布斯自由能变化的统计分析。（c）TPCP和Me-TCP的合成路线。UV老化前后（d-f）4PACZ、TPCP和Me-TPCP的1H NMR光谱的变化（左侧图为12-10 ppm之间的光谱放大图）。
图2：（a）三种SAMs在FTO上的吸附能（Eads）统计。（b）XPS检测不同SAMs/FTO基底在紫外老化前后的Sn 3d信号。（c）KPFM检测不同SAMs/FTO在连续紫外光照射下的表面电位变化。（d）能级排列图。（e）4PACZ/FTO、TPCP/FTO和Me-TPCP/FTO的导电原子力显微镜(c-AFM)图像。（f）在FTO表面上的4PACZ（顶部）、TPCP（中部）和Me-TPCP（底部）具有不同电荷密度的的优化构型。
图3：俯视扫描电镜图像及钙钛矿薄膜在(a) 4PACZ/FTO、(b) TPCP/FTO和(c) Me-TPCP/FTO基底上的晶粒尺寸分布直方图。(d) 钙钛矿(100)晶面与自组装单分子膜相互作用示意图，以及相应的吸附能(Eads)数值。（e）SAMs及含SAMs钙钛矿材料的S 2p信号XPS谱图。(f) 钙钛矿薄膜及含SAMs钙钛矿薄膜的Pb 4f信号XPS谱图。(g) 基于不同自组装单分子膜的钙钛矿材料在空气中经受365 nm紫外线照射（总剂量108mW·cm-2）老化72h前后的X射线衍射图谱。（h）未处理样品与紫外光老化样品的XRD谱图中PbI2与钙钛矿(100)峰的强度比变化。(i) 未处理样品与紫外光老化样品的紫外-可见光谱图。
图4：（a）基于不同SAMs的器件的电流密度-电压（J-V）特性曲线及其光伏参数。（b）基于Me-TPCP的PSCs外量子效率(EQE)光谱及相应积分光电流。（c）基于Me-TPCP的冠军器件在最大功率点处的稳定功率输出。（d）PSC在365 nm UV光下的UV光辐照稳定性测量。（e）三种SAMs器件持续1000h在N2环境中,1个太阳连续照射下的最大功率点追踪。（f）基于三种自组装单分子膜的PSCs在85℃ N2手套箱中的归一化光电转换效率。
图5：钙钛矿材料在(a) 4PACZ/FTO、(b) TPCP/FTO和(c) Me-TPCP/FTO基底上的热反射光谱伪彩色图。（d) 基于三种SAM的钙钛矿稳态PL光谱。(e) 沉积在三种SAM上的钙钛矿薄膜的时间分辨光致发光（TRPL）衰减曲线。(f) 采用不同SAMs制备的PSCs瞬态光电流(TPC)衰减曲线。(g) 沉积在三种SAMs上的钙钛矿材料的绝对光致发光量子产率(PLQY)与准费米能级分裂(QFLS)。(h) 由FTO/SAMs/钙钛矿结构测得的吸收系数对数与光子能量关系图及Urbach能量(插图)。(i) 基于不同SAMs的PSCs电致发光外量子效率(EQEEL)曲线。
综上，研究人员设计并合成了一种新型的硫杂酚修饰的自组装π共轭空穴选择性分子（Me-TPCP），用于制备高效且紫外稳定的钙钛矿太阳能电池（PSCs）。
通过引入苯基和噻吩基团，该分子不仅增强了自身的紫外稳定性，还显著提升了空穴传输能力，并与钙钛矿层形成了更紧密的相互作用。
基于Me-TPCP的倒置钙钛矿太阳能电池实现了25.62%的光电转换效率，显著高于传统4PACZ基器件（23.85%），并且在紫外光照射下展现出卓越的稳定性。
这一成果不仅解决了传统钙钛矿太阳能电池在紫外光下易降解的问题，还为开发适用于大规模户外应用的高效、稳定钙钛矿太阳能电池提供了新的思路和方法。
Self-Assembled π-Conjugated Hole-Selective Molecules for UVResistant High-Efficiency Perovskite Solar Cells，Angew. Chem. Int. Ed., 2025.DOI：10.1002/anie.202508782