综述：多功能自组装单分子层在钙钛矿光电器件中的应用

这篇综述系统总结了自组装单分子层（SAMs）在钙钛矿太阳能电池（PSCs）、钙钛矿/硅叠层太阳能电池（TSCs）、钙钛矿发光二极管（PeLEDs）和钙钛矿光电探测器中的最新进展，重点阐述了SAMs通过界面修饰、缺陷钝化和能级调控提升器件性能的机制，并展望了分子设计和规模化应用的未来方向。

　　

多功能自组装单分子层在钙钛矿光电器件中的应用

金属卤化物钙钛矿材料因其优异的光电性能和缺陷容忍度，引发了光电器件领域的革命性变革。然而，钙钛矿薄膜与电荷传输层（CTLs）界面处的严重电荷复合问题制约了器件性能。自组装单分子层（SAMs）作为一种超薄有机分子层，通过自发吸附在基底表面形成高度有序结构，为解决界面问题提供了新思路。

SAMs的设计与沉积方法

SAMs通常由锚定基团、连接基团和末端基团三部分组成。锚定基团（如?PO₃H、?COOH）与基底（如ITO、SnO₂）形成强键合；连接基团（烷基链或共轭结构）构建分子骨架；末端基团则与钙钛矿层相互作用。沉积方法包括旋涂、浸渍和共沉积技术，其中旋涂适用于平面基底，而浸渍更适合介孔结构。

SAMs的优势特性

1. 低成本与简易合成：如2PACz和MeO-2PACz的合成仅需三步，材料成本低至每平方米1-3美元。

2. 能级调控：SAMs的偶极矩可调节基底功函数（WF），例如2PACz使ITO的WF从4.9 eV升至5.5 eV，促进空穴提取。

3. 界面钝化：SAMs末端基团（如硫醇、羧酸）能钝化钙钛矿中未配位的Pb²⁺缺陷，抑制非辐射复合。

4. 结晶调控：将Me-4PACz加入钙钛矿前驱体溶液，可改善薄膜润湿性，获得取向一致的晶体，使倒置PSCs效率达24.5%。

在钙钛矿太阳能组件中的应用

SAMs的大面积均匀性使其在钙钛矿太阳能组件（PSMs）中表现突出。例如，两性分子MPA-CPA形成的超薄空穴传输层（HTL）使10 cm²微型组件效率达22%，且封装后耐湿热性能优异。

在钙钛矿/硅叠层太阳能电池中的突破

通过SAMs（如Me-4PACz）优化能级对齐和界面钝化，叠层电池效率突破32.5%。例如，混合NiO_x/2PACz HTL减少了ITO与钙钛矿的直接接触，降低分流损失，使器件认证效率达28.84%。

在钙钛矿发光二极管中的创新

SAMs替代传统HTL（如PEDOT:PSS）可简化器件结构。溴代2PACz（Br-2PACz）作为HTL时，PeLEDs的外量子效率（EQE）提升至18.6%，且运行稳定性显著提高。

挑战与展望

未来需开发更多n型SAMs（如富勒烯衍生物），并研究其在柔性器件中的应用。通过机器学习预测分子结构和优化沉积工艺（如喷墨印刷），有望实现SAMs在钙钛矿光电器件中的规模化应用。

结语

SAMs凭借其原子级精确的界面调控能力，为钙钛矿光电器件的性能提升和商业化提供了关键解决方案，未来将在分子设计和稳定性优化方面持续突破。