人们越来越多地将注意力转向宽带隙(WBG，1.70 eV)PSC，它能够用作串联太阳能电池的顶子电池，使用晶体硅或其他领先的窄带隙(NBG)太阳能电池作为底部电池。除此之外，WBG PSC在半透明设备和室内光伏领域的应用也具有重要意义。然而，溶液结晶过程不可避免地会在薄膜的主体和界面上形成缺陷，导致不希望的陷阱辅助的非辐射复合，这对PSCs的开路电压(VOC)和填充因子(Ff)是有害的。此外，这些缺陷是水分或氧气初始侵入的场所，加速了钙钛矿的降解，从而阻碍了器件的寿命。除了这些多功能钙钛矿中的缺陷问题，WBG钙钛矿还受到由于低溶解度富溴/铯前驱体引起的不可控的快速结晶动力学的影响，这反过来又会引起深层次缺陷的形成。特别是，缺陷介导的相分离，包括在WBG钙钛矿中形成富I区和富Cs区，将倾向于将载流子输送到低禁带区域，这将给异质结带来额外的复合，从而损害器件的性能，特别是光电压。此外，WBG PSCs中容易出现的不正确的能带排列会促进肖特基势垒的形成，从而阻碍界面处的载流子注入。

　　有鉴于此，中国科学院大连化学物理研究所刘生忠，Kai Wang, 重庆理工大学Shuai Zhao等人报道了一种由两亲分子组成的自组装单分子膜(SAM)作为界面层，以降低能量损失，增强钙钛矿与空穴传输层之间的界面耦合。研究发现，SAM还通过p型掺杂效应建立了内建电场，促进了空穴提取，抑制了载流子复合。因此，在高达1.25V的开路电压下，获得了20.4%的显著功率转换效率(PCE)。此外，还实现了38.7%的室内光线PCE。这两项在各自的类别中都名列前茅。此外，配置了全钙钛矿型串联太阳能电池，获得了23.2%的PCE。

　　Z907的分子结构及其计算的形变电子密度如图1a所示，其中电子云堆积在SCN-和-COOH基团，证实了它们的Lewis碱特征。由于过量的PbI2前驱体和卤素的容易挥发，钙钛矿膜倾向于形成PbI2端接的表面，这容易促进具有Lewis酸性的正电荷表面空位的形成，即配位不足的Cs+和Pb2+。从能量有利的角度提出了四种简化构象，如图1b所示。经计算，IV型晶体的结合能最大，Z907的共轭刚性平面结构与钙钛矿表面之间存在倾斜。在这种情况下，SCN-和-COOH同时与配位不足的Pb2+相互作用，从而实现缺陷的钝化。骨骼结构中长长的疏水壬基链面朝外，有利于防止水分的侵蚀。此外，计算了偏态密度，如图1c，d所示。对于原始钙钛矿的顶层，价带最大值(VBM)由Pb6S和I5p轨道之间的反键状态组成，而导带最小值主要由Pb 6p和I 5p轨道组成。当Z907分子吸附在钙钛矿表面时，Z907分子外壳的轨道对钙钛矿的费米能级和VBM之间的电子能带有明显的贡献。图1e描述了Z907相对于钙钛矿的电子态，它倾向于触发从钙钛矿到Z907的空穴转移。Bader电荷分析也被用来研究Z907分子和钙钛矿之间的电荷再分配，如图1f所示。发现Z907分子吸附后将≈0.217 eV贡献给钙钛矿层，表明有机分子与钙钛矿层之间存在较大的杂化。

　　用空间电荷限制电流(SCLC)测量了纯电子态器件(FTO/TiO2/钙钛矿/[6，6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)/Ag)的电流-电压曲线，以评估陷阱态密度(图2a)。目标器件中的陷阱态密度估计为1.25×1015 cm−3，低于对照样品的陷阱态密度(2.02×1015 cm−3)。如图2b所示，与对照相比，目标薄膜的发光强度提高了一倍，这可能会使目标PSCs具有更高的光电压，因为更高的发光强度将导致促进的准费米能级分裂。此外，目标薄膜中光致发光峰的明显蓝移也表明亚能带态的减少(从720 nm减少到718 nm)。图2c，d中的TRPL谱用双指数衰减模型进行了拟合，结果汇总在表S2(辅助信息)中。在悬涂Spiro-OMeTAD后，由于载流子注入，所有样品的发光强度都被显著猝灭，如图2b所示。对照样品的淬火强度是原始对照样品的61.5%，目标样品的淬火强度下降到13.7%。相应地，如图2d所示，与对照相比，目标样品中的载流子寿命也缩短了。这些结果表明，SAM的加入也能够促进钙钛矿和Spiro-OMeTAD之间的电荷注入，从而导致PSC的光伏性能的提高。为了阐明空穴注入/引出动力学增强的根本机制，利用紫外光电子能谱(UPS)研究了钙钛矿/Spiro-OMeTAD异质结中的能带排列。如图2h所示，除了费米能级几乎不变外，经过SAM修饰后，费米能级与VBM之间的距离缩小了150 meV，这表明形成了p型表面掺杂。因此，图2i和图S8(辅助信息)中给出了控制和目标器件的能带示意图。SAM导致在钙钛矿表面形成背表面场，同时导致更大的向上能带向Spiro-OMeTAD弯曲。这种更大的向上能带弯曲促进了光生空穴的提取，并将电子推离钙钛矿/HTL界面，这将抑制界面电荷复合，从而增加器件的光电压。

　　作者组装了FTO/TiO2/钙钛矿/Spiro-OMeTAD/Au结构的WBG PSCs，以期获得优异的光伏性能。图3a中显示了带有标记层的器件结构的横截面扫描电子显微镜图像。Z907光伏参数随浓度的变化如图S9(支持信息)所示，其中20个器件在标准测试条件下(AM 1.5G，100 mW cm−2)进行了测量，以获得统计分布。目标PSC在所有指标上都表现出优于控制设备的性能。Z907的最佳浓度为1.189.5 mg m L−1，其平均挥发性有机碳、Jsc和FF值分别由1.189 V、19.28 mA cm−2和76.71%提高到1.224 V、20.14 mA cm−2和80.13%，使平均PCE值从17.95±0.28%提高到19.72±0.28%。图3b绘制了在正向和反向扫描下测量的控制和目标设备(用最佳浓度修改)的主要J-V曲线%的峰值电流效率，其中Voc为1.212 V，Jsc为19.90 mA cm−2，FF值为76.79%，而目标器件的Voc值为1.250 V，Jsc为20.03 mA cm−2，FF值为81.22%，导致了20.37%的冠军效率。如图3c所示，该值是有机-无机杂化WBG PSC的最高值之一。尽管PCE很高，但在作者的结果中仍然存在迟滞，即使在目标设备中缓解了迟滞的程度(表S4，支持信息)。为了避免高估，在最大功率点处测量了稳态功率输出。如图3d所示，靶器件在1.06V下产生了19.8%的稳定PCE，高于对照器件的17.6%，表明本实验中的PCE是稳定可靠的。此外，还测量了外部量子效率(EQE)，以验证Jsc。如图3e所示，这两个设备都在≈740 nm处显示了等量子发射，这与吸收的开始与微小的红移相匹配(图S10，支持信息)。如图3f所示，从EQE曲线 eV。同时，在整个响应范围内均增加了等质量效应响应，使集成的JSC在修改后可从18.68 mA cm−2增加到19.66 mA cm-2。这一结果与J-V结果的Jsc值一致(图3b)。借助于SAM的正效应，作者成功地展示了高性能的PSCS，在1002Lux LED照明下，获得了38.66%(平均)的PCE。图3g中显示了较窄的PCE分布直方图，表明由于SAM的钝化，具有良好的重复性。作者还构建了一个四端子(4-T)全钙钛矿串联太阳电池(PTSC)，J-V曲线h所示。采用薄Au作为透明电极的半透明WBG PSCs的PCE为17.05%，而NBG锡铅合金钙钛矿底电池的过滤PCE为6.13%。与表S6(支持信息)中总结的其他报道的4-T PTSC(WBG，1.70 eV)相比，在子单元中实现了23.18%的高PCE和互补光谱响应(图3i；和表S5，支持信息)，处于较高的水平。

　　为了确定降低WBG PSCs中光电压缺陷的主要因素，用导电原子力显微镜(c-AFM)确定了钙钛矿型薄膜的导电性。图4a，b显示了控制和目标WBG钙钛矿薄膜的c-AFM图，这些薄膜在颗粒和晶界(GB)上显示了不均匀的表面隧道电流分布。考虑到活性离子缺陷在GBs处的聚集将增加电导率和离子迁移的幅度，在GBs处的微观电流信号(JGB)远远高于流经颗粒内部的电流(GI)。高JGB，绝对代表高陷阱密度，使得GBs对WBG钙钛矿中的泄漏电流有贡献。根据图4c中的c-AFM线轮廓，与对照膜相比，流过目标钙钛矿颗粒的电流减少，微观电导率的空间分布变得更加均匀。换句话说，JGB在目标电影中显著减少，变得可与JGI相媲美。这一现象意味着目标薄膜中的缺陷GBs得到了适当的钝化。从这个角度来看，SAM可能有利于降低器件中的总体暗饱和电流密度，从而提高光电压。

　　图5a显示了在相对湿度(RH)10%的干燥环境条件下，未封装设备的PCE的时间演变。目标设备的T80寿命(T80指的是设备保持其初始性能80%的时间)为1000小时，说明了极好的稳定性。然而，控制装置的PCE在同一时间后下降到其初始值的≈70%。然后，作者进行了深入的湿度稳定性分析，将封装的设备在不同的湿度条件下(≈20-25°C)存储。对于在32%RH老化的器件，目标器件的T80寿命仍然为1000小时，而对照器件的PCE迅速衰减，仅在200小时后就经历了显著的降解(图5b)。在高相对湿度为60%的条件下，目标器件在600h后仍保持其初始效率的60%，而控制器件在300h内失去了光伏转换能力(图5c)。除此之外，目标设备还表现出了增强的热稳定性，这是通过在惰性气氛中将设备加热到60°C来研究的。如图5d所示，与完全降解的对照设备相比， 顺盈电脑挂机下载，目标设备的PCE在1200小时后下降了40%。如图5e，f所示，与对照薄膜相比，目标薄膜具有更强的疏水性表面，接触角从35°增加到74°。用X射线衍射仪跟踪了钙钛矿膜在空气中(相对湿度为60-70%)的降解过程。如图5g所示，与目标膜相比，对照膜的衍射光强度在14h后明显减弱。飞行时间二次离子质谱仪(ToF-SIMS)测量揭示了SAM对老化引起的离子迁移和积累的影响。图S16(支持信息)和图5h显示了新控制和目标设备的结果，其中每一层都可以明显区分。图5i，j提供了老化时的控制和目标器件的光谱，从中可以观察到明显的离子运动。

　　综上所述，作者提出了一种用于WBG PSCs的有效的SAM，并再次证明了SAM是一种理想的界面层。钙钛矿薄膜与HTL之间的超薄自组装膜提供了最佳的界面连接，这有利于抑制非辐射复合，延长载流子寿命，增加离子迁移的激活能。另一方面，SAM还构成了一个p掺杂区域，起到了阻挡电子向背接触移动的作用，并改善了从钙钛矿中提取电荷的能力。结果，获得了20.4%的PCE，这不仅是报道的WBG(1.7 eV)PSC中最高的，而且惊人地相当于S-Q限值的72.4%。此外，该器件在1002Lux(白光LED)的室内弱光下获得了38.7%的峰值光电转换效率，也导致了4T全钙钛矿型串联太阳能电池的23.2%的效率。同时，SAM固有的疏水性有助于提高其对湿热胁迫的稳定性。本方案为进一步通过引入多功能SAM制备高效、稳定的WBG PSCs开辟了一条途径，对于促进WBG PSCs的发展具有特别重要的意义。

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