南科大许宗祥团队突破钙钛矿光伏瓶颈：5分钟浸泡涂布，效率超27%！
2026-09-15 · 应用介绍 · 百灵威授权转载
钙钛矿太阳能电池（PSCs）凭借优异的光电特性、持续攀升的功率转换效率（PCE）与良好的可回收性，已逐步发展成为下一代光伏技术的重点方向之一。在诸多关键技术中，采用自组装单分子层（SAMs）材料构筑空穴选择性接触层（HSLs）的技术方案脱颖而出，成为极具前景的核心策略。得益于其分子尺度的超薄结构优势，基于 SAM 构建的 HSL 不仅展现出卓越的载流子选择性，还可显著降低器件内部的串联电阻，进而有效提升整体光电转换性能与器件稳定性。
然而，实验室中广泛采用的旋涂技术在面向规模化工业生产及柔性器件制备时面临严峻挑战：对基底尺寸与表面平整度要求高、材料利用率偏低、难以用于大面积器件制备。浸泡涂布法虽在理论上更适用，但实际应用中存在两大短板——所需浸泡时间较长、所制器件光电转换效率普遍低于旋涂工艺。
为攻克上述难题，南方科技大学理学院化学系许宗祥教授团队以咔唑-共轭连接基团-膦酸分子骨架为核心结构，通过对咔唑端基进行理性设计与精准修饰，成功合成了一系列新型 SAM 材料，代表性分子为 (4-(10-甲氧基-7H-苯并[c]咔唑-7-基)苯基)膦酸（OB-PhpPACz）。该材料采用独特的非对称结构设计，融合甲氧基取代基与苯并咔唑刚性骨架，协同增强分子偶极矩和堆积密度，并改善在乙醇中的溶解性能。
产品优势及特点：
1. 5 分钟快速成膜，效率突破 27%OB-PhpPACz 通过浸泡工艺在短短 5 分钟内即可形成高质量 SAM 功能层。基于此，小面积（0.071 cm²）PSC 实现 27.23% 的认证效率，MPPT 条件下测得认证稳态效率达 26.69%，效率与制程时间兼具（图1）。
图1 OB-PhpPACz的分子设计与溶解行为
采用浸泡法制备的 1 cm² 器件获得 25.75% 认证效率，稳态 MPPT 认证效率达 24.85%；开口面积 12 cm² 的小模组实现 23.25% PCE，显著优于传统旋涂对照组（21.98%），稳定性亦进一步提升（图2）。
图2 浸泡涂布工艺与器件效率对比
在柔性 PEN/ITO 基底上，浸泡涂布制备的OB-PhpPACz 自组装单分子层使小面积器件效率由 23.93% 跃升至 24.98%；1 cm² 柔性器件 PCE 由 21.59% 提升至 23.98%；75 cm² 大面积柔性器件效率达 16.60%，远超旋涂法 11.11%，为柔性光伏批量化奠定基础。
4. 工艺可循环、器件可回收，绿色可持续
OB-PhpPACz溶液可重复使用高达 20 次仍保持高效率；将器件置于水中超声处理，可实现钙钛矿吸光层、C60、SnOx 与 OB-PhpPACz/FTO 基底的高效分离，循环回收 2 次后再生器件 PCE 仍超 26%，兼具工艺可持续性与器件可回收性（图3）。
图3 SAM 溶液与 TCO/SAM 基材的循环利用
应用定位：
1. 刚性 PSCs（小面积/大面积/组件级）0.071 cm² 实验室小面积电池效率 27.23%；1 cm² 中等面积效率 25.75%；12 cm² 开口面积小模组效率 23.25%，全面超越旋涂工艺对照。
2. 柔性 PSCs（穿戴设备/便携光伏）
在 PEN/ITO 等柔性基底上表现优异，0.071 cm² 效率 24.98%、1 cm² 效率 23.98%、75 cm² 大面积效率 16.60%，远超旋涂法对应效率，为柔性光伏批量化奠定基础。
3. 大规模/卷对卷工业生产
浸泡涂布工艺对基底平整度要求低、材料利用率高、与大面积/卷对卷工艺天然兼容，5 分钟成膜 + 20 次溶液重复使用显著降低单瓦成本。
顶刊验证 · 客户成果
百灵威 SAM 材料已助力 Nature Communications、Angew. Chem. Int. Ed.、Joule 三本顶级期刊发表研究成果，最高叠层效率达 33.96%（认证 33.72%）。
货号 9705408——Angew. Chem. Int. Ed.同款
图1 客户成果Angew. Chem. Int. Ed.
图2 客户成果Joule
图3 客户成果Nature Communications
推荐产品
相关咔唑膦酸 SAM 材料
| 品名 | CAS | 货号 |
|---|---|---|
| (4-(10-Methoxy-7H-benzo[c]carbazol-7-yl)phenyl)phosphonic acid, 98% (4-(10-甲氧基-7H-苯并[c]咔唑-7-基)苯基)膦酸 | 3046309-20-7 | 9699422 |
| 4-(7H-Diben-zo[c,g]carbazol-7-yl)phenyl)phosphonic acid, 98% 4-(7H-二苯并[c,g]咔唑-7-基)苯基膦酸 | 3046309-18-3 | 9426721 |
| (4-(3,6-Dimethyl-9H-carbazol-9-yl)phenyl)phosphonic acid, 98% [4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)苯基]膦酸 | 3046309-16-1 | 9705407 |
| (4-(3,6-Dimethoxy-9H-carbazol-9-yl)phenyl)phosphonic acid, 98% [4-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)苯基]膦酸 | 3046309-17-2 | 9705408 |
| (4-(10-Methoxy-7H-benzo[c]carbazol-7-yl)phenethyl)phosphonic acid, 98% (4-(10-甲氧基-7H-苯并[c]咔唑-7-基)苯乙基)膦酸 | / | 9705409 |
| (4-(9H-Carbazol-9-yl)phenyl)phosphonic acid, 98% (4-(9H-咔唑-9-基)苯基)膦酸 | 640720-65-6 | 9543833 |
| (4-(5-Bromo-7H-dibenzo[c,g]-carbazol-7-yl)phenyl)phosphonic acid, 98% (4-(5-溴-7H-二苯并[c,g]咔唑-7-基)苯基)膦酸 | 3097191-58-4 | 9756082 |
| 4-(10-(Methylthio)-7H-benzo[c]carbazol-7-yl)phenyl)phosphonic acid, 98% 4-(10-(甲硫基)-7H-苯并[c]咔唑-7-基)苯基)膦酸 | / | 9756083 |
参考文献
[1] Qu G, Zhang L, Qiao Y, et al. Self-assembled materials with an ordered hydrophilic bilayer for high performance inverted Perovskite solar cells[J]. Nature Communications, 2025, 16(1): 86.[2] Qu G, Cai S, Tao Y, et al. A self-assembled monolayer via rapid and scalable soak coating for perovskite solar cells[J]. Nature Synthesis, 2026: 1-11.
相关阅读
高效稳定!自组装单分子层(SAM)在太阳能电池中的应用-百灵威用于高效钙钛矿太阳能电池 空穴选择自组装单分子层成型试剂-百灵威
科学家的"乐高"——自组装材料-百灵威
