Nature+1 ！華南理工科研團隊取得自組裝分子層制備重要突破

華南理工大學材料科學與工程學院/發光材料與器件全國重點實驗室應磊研究員、李寧教授團隊在自組裝分子界面層制備方面取得重要突破。

團隊針對傳統溶液法制備自組裝分子界面時存在的覆蓋不均、錨定不牢和功能調控受限等問題，提出了電沉積自組裝分子界面構筑新策略，為提高倒置鈣鈦礦太陽電池光電轉換效率和光伏器件長期穩定性提供了全新構筑平臺和技術路徑。

論文截圖

相關成果以“Electrodeposited self-assembled molecules for perovskite photovoltaics” 為題發表于國際頂尖期刊Nature。

發光材料與器件全國重點實驗室

熊志輝、羅軒昂、唐滏伸

為論文共同第一作者

李寧教授、應磊研究員

為共同通訊作者

華南理工大學

為唯一通訊單位

在倒置鈣鈦礦太陽電池中，自組裝分子（SAMs）是位于透明電極與鈣鈦礦吸光層之間的一層超薄界面材料。雖然其厚度只有約一個分子，卻會直接影響電荷提取、鈣鈦礦薄膜生長以及器件長期穩定性。

傳統旋涂、浸泡和刮涂等溶液方法主要依靠分子擴散、吸附完成組裝，容易受到氧化銦錫電極（ITO）表面納米尺度起伏的影響，造成局部堆積或覆蓋不足。分子層中結合較弱的組分還可能在器件運行過程中發生脫附和遷移，制約大面積光伏模組的均勻性和穩定性。

針對這一問題，研究團隊利用周期性變化的電化學電位，引導分子在ITO表面持續調整位置、填補空白并重新錨定。還原電位能夠促進分子中膦酸基團去質子化，增加其與ITO表面有效位點相互作用的機會。

同時，循環電位則為分子重新排列提供了條件，使初始覆蓋不足的區域逐步得到填補，從而形成更加均勻、致密和穩定的電極界面。

圖1 旋涂法和電沉積法制備自組裝分子示意圖

團隊進一步通過1?O同位素示蹤界面化學鍵中氧原子的來源。結果表明，旋涂樣品更多表現出ITO上羥基參與的脫水縮合特征，而電沉積則保留了更多來自分子自身的1?O支持去質子化膦酸根參與界面結合的相對貢獻增加。由此，電沉積方法為自組裝分子提供了一條對ITO表面羥基依賴較低的互補錨定路徑，有助于增加有效錨定位點并提高分子層穩定性。

在獲得均勻穩定的基礎自組裝分子層后，研究團隊進一步通過電化學氧化偶聯引入不同功能單元。其中，氰基可以改善鈣鈦礦前驅液的潤濕和鋪展，吡啶基團可以增強埋底界面的缺陷鈍化，金剛烷基團則可以調節鈣鈦礦的成核和結晶過程。該策略使電沉積不再僅是一種分子層制備方法，而是進一步發展為能夠根據電極界面需求按需引入不同功能單元的模塊化構筑平臺。

圖2 電沉積提供模塊化構筑平臺示意圖

更加均勻的界面覆蓋、更加穩定的分子錨定以及有針對性的功能調控，共同促進了光伏器件中的電荷提取，并減少了載流子界面復合和傳輸損失。

基于該策略，小面積倒置鈣鈦礦太陽電池獲得26.8%的光電轉換效率，面積為65平方厘米的鈣鈦礦光伏模組實現21.3%的效率。與此同時，器件在光照、高溫、高濕度和反向偏壓等多種環境應力條件下均表現出更好的長期穩定性。該研究將電沉積調控的自組裝分子形成過程與后續分子模塊化功能化相結合，為高效穩定鈣鈦礦光伏器件的分子界面設計和可擴展制造提供了新的技術路徑。

主要作者簡介

熊志輝，論文共同第一作者，華南理工大學2022級碩博連讀研究生，師從應磊研究員，在發光材料與器件全國重點實驗室開展科研工作。目前研究重點是自組裝分子的錨定、覆蓋均勻性、功能化調控及其在高效穩定鈣鈦礦光伏器件中的應用。

羅軒昂，論文共同第一作者，2025年獲得華南理工大學材料科學與工程博士學位，現為華南理工大學發光材料與器件全國重點實驗室博士后助理研究員，主要研究方向為光伏有機功能材料設計及其聚集行為調控。

唐滏伸，論文共同第一作者，華南理工大學2022級碩博連讀研究生，師從應磊研究員，在發光材料與器件全國重點實驗室開展科研工作。目前的研究方向為高效穩定的鈣鈦礦光伏器件的制備與優化，研究側重自組裝單分子層等空穴傳輸層的界面調控在鈣鈦礦光伏中的應用。

李寧，論文通訊作者，華南理工大學發光材料與器件全國重點實驗室教授、博士生導師，國家海外引進高層次青年人才（2021），TCL青年學者。長期從事材料基因工程前沿技術加速先進光電材料與器件的研究與應用，在高通量智能實驗、人工智能以及數據驅動光電材料與器件研發方面取得了系列研究成果。近年來在 Nature、Nature Energy 等國際學術期刊發表論文240余篇，引用2萬余次，H因子為80，多次入選科睿唯安“高被引科學家”榜單，獲2023年材料基因工程國際論壇青年科學家一等獎。

應磊，論文通訊作者，華南理工大學發光材料與器件全國重點實驗室研究員、博士生導師，國家優秀青年科學基金獲得者、廣東省杰出青年科學基金獲得者，入選“廣東特支計劃”青年拔尖人才。

長期從事有機和高分子半導體材料、光電器件及成果轉化研究，在Nature、Nature Energy、Nature Photonics、Nature Communications、Advanced Materials 等期刊發表SCI論文200余篇，被引用萬余次，入選ESI高被引論文20余篇，獲授權中國及美國發明專利100余件。代表性成果曾入選“中國百篇最具影響國際學術論文”，并獲中國科協優秀論文獎等，研究成果曾獲廣東省自然科學一等獎（排名第二）。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-026-10844-6

黨委宣傳部（融媒體中心）

信息來源：材料科學與工程學院、

發光材料與器件全國重點實驗室

微信編輯：黃明華

初審：冀早早

復審：盧慶雷

終審：夏正林

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