自组装单分子层作为空穴选择层在钙钛矿太阳能电池中展现出优异的载流子选择性和低串联电阻，是实现高效器件的重要策略。然而，传统的旋涂工艺面临基底平整度要求高、溶液利用率低等瓶颈，难以满足大规模工业生产需求；而具有良好可扩展性的浸泡涂覆技术则长期受限于分子聚集严重、组装时间长达数小时、器件效率偏低等问题。美能钙钛矿复合式MPPT测试仪采用AAA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。

本研究通过分子设计与溶剂工程，开发了一种快速（≤5分钟）、可扩展的浸泡涂覆策略，成功制备出高质量SAM，并在小面积、大面积及柔性器件中实现了优异性能。

SAM分子设计与优化

SAM分子设计与浸泡涂覆流程

研究团队设计并合成了一系列基于（4-(10-甲氧基-7H-苯并[c]咔唑-7-基)苯基）膦酸的SAM分子，其中一种非对称结构的分子——OB-PhpPACz，结合了甲氧基取代基与苯并咔唑骨架，具有较高的偶极矩、良好的分子堆积密度和在乙醇中的优异溶解性。

与两种对照分子（Bz-PhpPACz和OMe-PhpPACz）相比，OB-PhpPACz在动态光散射测试中表现出更小的Z平均尺寸（213 nm），说明其在溶液中具有更好的分散性，有利于在透明导电氧化物基底上形成均匀致密的SAM层。X射线光电子能谱和原子力显微镜分析显示，浸泡涂覆法制备的SAM在基底上分布更均匀、堆积更致密，表面粗糙度更低。此外，OB-PhpPACz的能级与钙钛矿层更为匹配，能够有效抑制界面非辐射复合，提升开路电压和填充因子。

溶剂体系的优化

浸泡涂覆的溶剂优化

溶剂的选择对SAM的分散性和器件性能具有重要影响。研究发现，OB-PhpPACz在乙醇中表现出最佳的分散性和最高的器件效率。理论计算表明，乙醇与SAM分子头部基团之间形成了强氢键（键长1.88 Å），从而有效抑制了分子间的聚集。

进一步研究发现，在乙醇中添加1.5 vol%的水，可以显著提升溶剂的介电常数（从19.87提高到31.08），增强对SAM分子间静电相互作用的屏蔽效应，从而进一步改善分散性。此时，OB-PhpPACz的Z平均尺寸从213 nm降低至27 nm，SAM表面覆盖率从68%提升至88%，吸附能也显著增强。器件性能方面，添加1.5 vol%水后，PCE从26.46%提升至27.04%，填充因子改善尤为明显。

器件性能与可持续性

通过OB-PhpPACz浸泡涂覆工艺的器件性能与可复用性

采用优化后的浸泡涂覆工艺（浸泡5分钟），研究制备的钙钛矿太阳能电池在小面积（0.071 cm²）上实现了27.23%的认证效率，稳态效率为26.69%。与旋涂法相比，浸泡涂覆法制备的SAM器件具有更低的缺陷态密度、更好的空穴提取能力和更弱的非辐射复合。

在可持续性方面，SAM溶液可重复使用至少20次，器件性能保持率超过97%，材料消耗仅为旋涂法的四分之一。此外，使用过的器件可通过水中超声处理实现基底回收，回收两次后的基底仍能制备出效率超过26%的器件。

可扩展性与稳定性

基于OB-PhpPACz的旋涂与浸泡涂覆器件在面积可扩展性和稳定性方面的比较

在大面积（1 cm²）刚性器件中，浸泡涂覆法实现了25.70%的PCE（稳态24.99%），优于旋涂法的24.46%。12 cm²的刚性模组效率为23.25%，也高于旋涂模组的21.98%。在柔性基底上，浸泡涂覆法同样表现出明显优势：小面积柔性器件PCE从23.93%提升至24.98%，1 cm²柔性器件从21.59%提升至23.98%，75 cm²柔性模组效率达到16.60%，而旋涂仅为11.11%。

在稳定性方面，经过约3000小时的连续光照老化测试（ISOS-L-II标准），浸泡涂覆器件仍保持93%的初始效率，而旋涂器件仅保持84%。在更严苛的高温或湿热条件下，浸泡涂覆器件也表现出更高的稳定性。

本研究通过分子设计（OB-PhpPACz）和溶剂工程（乙醇+1.5 vol%水），开发了一种快速、材料高效的浸泡涂覆工艺，用于钙钛矿太阳能电池中自组装单分子层的制备。该方法在刚性、大面积和柔性器件中均实现了优异的效率和稳定性，并具有良好的溶液可重复使用性和基底可回收性。这项工作为SAM的高效、低成本、可扩展制备提供了新的路径，具有重要的应用前景。

钙钛矿复合式MPPT测试仪

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原文参考：A self-assembled monolayer via rapid and scalable soak coating for perovskite solar cells