近日，我校化学与分子工程学院吴永真教授团队联合化工学院郑伟中副教授和上海交通大学陈昊副教授在Journal of the American Chemical Society上发表了题为“Hydrogen Bonding Enhanced Molecular Assembly of Hole-Selective Contact for Thermally Stable Perovskite Solar Cells”的研究论文。该研究通过巧妙的分子内、分子间氢键策略，成功构建出性能优异、热稳定性高的锚定组装型有机空穴传输材料，并在钙钛矿太阳电池中展示了优异的应用性能。

  钙钛矿太阳电池中的锚定组装型空穴选择分子，通常通过膦酸锚定基团的P−O键与氧化物基底表面的羟基发生缩合反应，在透明导电氧化物（如铟掺杂氧化锡，ITO）电极上形成单分子层。稳定有序的单分子层不仅需要牢固的共价锚定，还依赖末端功能基团的致密排列，这是实现高效率与长期稳定性的关键。然而，传统分子设计多侧重于扩展π共轭核以增强π-π堆积，过强的π-π相互作用易引发分子聚集和界面失稳，制约器件寿命。

  为解决这一挑战，研究团队创新性地引入了一种氢键增强组装的策略。在咔唑基空穴选择性分子的膦酸主锚定基团的邻位上引入了额外的羧酸或膦酸锚定基团，构建了双锚定分子MeO-CzPACA和MeO-CzPA2。在溶液中，双锚定基团易形成分子内六元环氢键结构，能够在组织过程中稳定去质子后的分子、增强布朗斯特酸性，实现与富含羟基的金属氧化物衬底发生高效缩合反应。相比单一锚定基团的参比分子，双锚定策略显著提升了空穴选择分子的吸附速率和组装密度。

  研究发现该类双锚定基团分子在ITO表面仅通过一个主锚定基团发生化学吸附反应，额外的（未吸附）锚定基团则在组装薄膜中形成了动态分子间氢键网络，该分子间氢键网络不仅提升了组装薄膜的有序性和热稳定性，还赋予其动态、可逆等独特性质。

  基于该双锚定基团空穴选择分子设计策略，制备的单结和全钙钛矿叠层器件分别实现了26.9%和29.6%的冠军光电转换效率。分子内与分子间氢键的协同作用使得空穴选择层在高温及冷热循环老化过程中保持良好的结构完整性。该工作揭示了氢键作为一种有效的化学调控手段，能够同时增强锚定组装类有机空穴选择材料的光电性能与稳定性，为开发高效稳定钙钛矿太阳能电池提供了一种新的思路。

图片说明：加工溶液中分子内氢键与ITO表面分子间氢键之间的协同效应，使得锚定组装的空穴选择层同时具有高的组装密度和优异的组装稳定性

  该论文以华东理工大学为第一通讯单位。化学与分子工程学院在读博士生占礼庆和化工学院陈晓峰为共同第一作者，论文通讯作者为化学与分子工程学院吴永真教授、化工学院郑伟中副教授和上海交通大学陈昊副教授。研究工作得到了朱为宏院士和田禾院士的悉心指导和帮助，并获得国家自然科学基金、材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、上海市科学技术委员会及中央高校基本科研业务费等项目资助。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.6c02024