钙钛矿太阳能电池的效率已进入27%区间，如何减少界面电荷损失、维持器件长期运行性能，成为高效率器件研究的重要方向。近期两项发表于《Nature Photonics》的研究分别从空穴选择性接触和电子选择性接触入手，提出了不同的界面调控方法。美能钙钛矿MPPT最大功率点测试仪采用3A+级LED太阳光模拟器作为老化光源，可通过多种方式对电池进行控温并控制电池所处的环境氛围，进行长期的稳定性能测试。

一项研究将三种自组装分子混合，构建高熵分子接触（high-entropy molecular contacts，HE-MCs），通过增加分子堆积模式的多样性改善界面传输与稳定性。器件冠军效率（PCE）达到27.50%，认证稳态效率为27.31%。封装器件在85 °C、最大功率点跟踪条件下运行1300小时后，效率损失很小。

另一项研究关注倒置钙钛矿太阳能电池常用的电子选择性接触材料C₆₀。研究发现，C₆₀分子间耦合形成的最低未占据分子轨道（LUMO）相关带状电子态会俘获电子，并通过界面缺陷促进复合。采用气相三烷基胺处理C₆₀层后，器件的界面准费米能级分裂损失明显下降；有效面积为1.02 cm²的器件获得27.2%的认证效率，封装器件在环境空气中连续光照1000小时后，仍保持超过98%的初始效率。

两项研究分别调整空穴侧分子接触层和电子侧C₆₀层的结构与电子状态，显示出接触层本身的分子排列和电子态也会影响器件的电荷损失与稳定性。

高熵分子接触优化界面堆积

高熵分子接触的设计与构建

单组分自组装分子的局限

自组装分子（SAMs）是倒置钙钛矿太阳能电池常用的空穴选择性接触材料。分子在透明导电氧化物表面形成薄层，其排列方式、覆盖情况和分子间相互作用都会影响界面电荷传输。单组分分子可以形成相对明确的堆积结构，但分子间相互作用也可能导致局部聚集。当器件受到持续光照或高温应力时，分子层的结构变化可能影响界面接触与电荷选择性。

这项研究采用不同的设计思路：将三种化学结构相近、分子间相互作用和堆积模式不同的自组装分子混合，让多种堆积模式在同一接触层中共存。

三种分子构建高熵接触层

HE-MCs的分子堆积结构与多样性

研究选用三种咔唑-萘类自组装分子：CbzNaph、CbzNaphBF和CbzNaphBT，并按照1:1:1的摩尔比混合，形成高熵分子接触（HE-MCs）。

其核心不是简单增加材料组分，而是提高分子堆积模式的多样性。论文报告了40种堆积模式，并基于Flory–Huggins理论拟合得到老化后混合熵增量（ΔSmix）为12.89 J mol⁻¹ K⁻¹，约为1.55R。这一结果用于支持体系具有较高的构型熵。

研究结合单晶分析、分子动力学模拟、密度泛函理论计算及多种界面表征方法，分析混合分子层的结构和传输特性。老化后的结果表征显示，单组分体系的堆积更容易受到热应力影响，HE-MCs则保留了多取向的堆积特征；多样化堆积改变了分子层的排列状态，并有助于减轻单组分体系在热应力下出现的结构变化。

空穴转移速率也得到提升。单组分体系的平均空穴转移速率约为1.81–2.17 × 10¹³ s⁻¹，HE-MCs体系达到2.72 × 10¹³ s⁻¹。该结果表明，采用多组分堆积并未削弱空穴传输，反而改善了相应的电荷转移动力学。

器件效率与稳定性表现

HE-MCs钙钛矿太阳能电池的光伏性能与长期稳定性

采用HE-MCs的倒置钙钛矿太阳能电池结构为FTO/HE-MCs/钙钛矿/C₆₀/SnO₂/Cu。器件的冠军PCE为27.50%，开路电压（VOC）为1.202 V，短路电流密度（JSC）为26.40 mA cm⁻²，填充因子（FF）为86.67%；认证稳态效率为27.31%。在面积放大测试中，1 cm²器件的冠军效率为25.92%，平均效率为25.32%。

稳定性测试进一步评估了HE-MCs界面的耐热能力：

热老化：在85 °C氮气环境中热老化1680小时后，器件保持约95%的初始效率。

温度循环：经室温至85 °C的1000次热循环后，器件保持约93%的初始效率。

持续光照运行：封装器件在1 sun光照、85 °C、环境空气、相对湿度50%–60%的条件下进行最大功率点跟踪，运行1300小时后效率损失很小。

这几组结果分别反映热老化、温度循环和持续光照运行条件下的器件表现，它们支持高熵分子接触有助于提高器件稳定性的判断。

C₆₀分子解耦，降低界面复合

C₆₀分子间耦合与界面非辐射复合机制

C₆₀分子堆积与界面复合

C₆₀是倒置钙钛矿太阳能电池中常见的电子选择性接触材料。理想情况下，电子从钙钛矿吸光层进入C₆₀并被提取，空穴则受到选择性阻挡。然而，钙钛矿/C₆₀界面仍可能存在非辐射复合损失。过去常见的优化方式是钝化钙钛矿表面缺陷。这项研究则进一步考察C₆₀层自身的分子堆积及其对界面电子态的影响。

研究发现，C₆₀分子间的长程有序排列会引起分子轨道耦合，形成与LUMO相关的带状电子态。这些电子态能够俘获电子，并通过界面已有缺陷促进复合。因此，C₆₀的分子排列不仅影响电子传输，也会改变钙钛矿/C₆₀界面的非辐射复合行为。

气相三烷基胺处理调整C₆₀结构

研究采用气相三烷基胺处理C₆₀薄膜，其中三己胺（C18N）表现出较好的效果。TOF-SIMS结果显示，处理分子在C₆₀层的上下界面均有富集。

GIWAXS结果显示，处理后C₆₀的结晶性降低，原有堆积对称性受到扰动。C₆₀的（111）晶面间距增加约0.16 Å；底界面的选区电子衍射（SAED）分析则显示：该处晶面间距扩张约0.25 Å。这些结果为分子处理改变C₆₀堆积状态提供了结构证据。

这项策略并不需要更换C₆₀材料，而是通过气相分子处理调整其堆积状态，削弱分子间耦合形成的LUMO相关带状电子态对界面复合的影响。研究还发现，气相处理与直接将C18N旋涂到C₆₀表面的效果并不相同，说明处理方式会影响分子在接触层中的分布和结构调控结果。

准费米能级分裂损失下降

C₆₀分子间解耦对界面复合与电荷损失的影响

研究采用光致发光量子产率等方法分析界面非辐射复合，并以准费米能级分裂（QFLS）损失评估相关能量损失。

C₆₀沉积后，相关界面的QFLS损失为89 meV；经过气相处理后，该损失降至41 meV。再结合常规表面钝化，损失进一步降至17 meV。

这组结果说明，调整C₆₀的分子堆积状态能够降低界面相关的非辐射复合损失，与钙钛矿表面钝化结合后，还能进一步改善界面表现。

不同器件面积下的效率结果

C₆₀分子间解耦器件的光伏性能与长期稳定性

研究报告了不同面积器件的效率数据。

有效面积为0.05 cm²的器件最高PCE达到27.6%，开路电压为1.195 V，短路电流密度为26.5 mA cm⁻²，填充因子为87.1%。

有效面积为1.02 cm²的器件获得27.2%的认证效率，稳定化效率为26.6%。

稳定性测试中，封装器件在100 mW cm⁻²连续光照、室温、环境空气、约60%相对湿度的条件下运行1000小时后，保持超过98%的初始效率。

另一组测试中，未封装器件在85 °C氮气环境下运行1348小时后，仍保持约70%的初始效率。高温测试结果也表明，削弱C₆₀相关的界面复合并不能消除所有衰减机制，离子迁移等过程仍可能影响器件长期稳定性。

两项研究的共同点与差异

两项研究都将优化重点放在电荷选择性接触层，但处理的材料、机制和稳定性测试条件并不相同。

对高效率钙钛矿电池研究的启示

在空穴侧，自组装分子的排列方式和热应力下的结构变化会影响界面性能。HE-MCs通过多组分协同堆积改变分子层结构，并在器件测试中表现出较好的热稳定性。后续评价这类材料时，需要同时考察空穴传输、分子层结构及老化后的界面变化，而不能只看初始覆盖情况。

在电子侧，C₆₀的分子堆积不仅影响电子传输，也会改变界面电子态。气相三烷基胺处理通过调整C₆₀的分子间耦合降低相关复合损失，但器件的长期衰减仍涉及其他机制，需要与表面钝化及其他稳定化方法共同评估。

评价高效率器件时，最高PCE并不是唯一指标。认证效率、稳定化效率、有效器件面积、封装状态、光照强度、温度、湿度和最大功率点跟踪时间，都会影响结果的解释。只有把效率数据与测试条件放在一起，才能判断材料策略对器件性能和运行稳定性的贡献。

这两项研究分别从空穴选择性接触和电子选择性接触入手，提出了改善倒置钙钛矿太阳能电池界面性能的不同方法。高熵分子接触通过三种自组装分子的协同堆积，实现27.50%的冠军效率和27.31%的认证稳态效率，并在热老化、温度循环及持续光照测试中表现出较好的稳定性。C₆₀分子间解耦则通过气相分子处理调整C₆₀的堆积与电子态，使1.02 cm²有效面积器件获得27.2%的认证效率，封装器件在环境空气中连续光照1000小时后仍保持超过98%的初始效率。

两项成果将界面工程的关注点从钙钛矿表面缺陷扩展到接触层自身的分子结构与电子状态。后续研究除了继续提高初始效率，还需要在明确的器件面积、封装状态和测试条件下，系统评估界面损失与长期运行稳定性。

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原文参考：High-entropy molecular contacts enable high-efficiency and stable perovskite solar cells

Intermolecular decoupling of C₆₀ suppresses interfacial recombination in perovskite solar cells

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