随着全球对清洁能源需求的迫切增长，反式钙钛矿太阳能电池（IPSCs）因其高效率、低成本及易于大面积制备的潜力，被视为下一代光伏技术的有力竞争者。目前，自组装单分子层（SAMs）凭借其超薄特性，已成为提取电荷（空穴）并实现高效率器件的关键材料。然而，现有的超薄界面往往极其脆弱，在热应力或复杂工况下极易发生分子排列无序和解吸附失效，导致电池性能严重下降。
为此，南方科技大学与香港理工大学的联合研究团队提出了一种全新解决方案 。在Science Bulletin发表的最新研究中，该团队提出了一种“多维空间限域”的分子设计策略，从根本上重塑了界面层分子的设计与稳定方式。
传统的商用SAM分子通常采用柔性烷基链连接锚定基团与功能基团。这种柔性结构虽然能提取电荷，但却使得分子层极易受到热、溶剂和机械应力的破坏。新策略则以“刚性”取代了“柔性”.
研究团队专门设计合成了一种新型分子MeO-PABDCB，它以刚性的苯基连接体（phenylene linker）为骨架，通过π-π相互作用促使分子在水平面上形成极其紧密、有序的致密堆积。同时，该分子能在底部与ITO电极形成热力学更稳定的多齿（三齿）化学键合，并在顶部与钙钛矿层建立强烈的钝化锚定。这些横向与纵向的共同作用，将分子牢牢地限制在三维空间中，在界面处形成了一把坚固的“分子锁”。
这种“上锁”的分子结构不仅有效抑制了分子的解吸附和无序化，还显著改善了其上方钙钛矿薄膜的生长质量。采用该空间限域SAM修饰的器件，不仅减少了界面缺陷、降低了钙钛矿层内的残余应力，还构建了空穴高速传输的“单分子桥”。得益于此，倒置钙钛矿太阳能电池实现了26.54%的光电转换效率与86.4%的填充因子。
更重要的是，该器件表现出惊人的稳定性。在经过1000小时的连续运行后，以及在经历250次−40至85 ℃的极端冷热循环后，器件均能保持90%以上的初始效率 。
该研究确立了“空间限域”这一稳定超薄功能界面的普适性分子设计原则。通过证明结构的稳固性与电子性能可以兼得，这项工作为开发更长寿命、更可靠的钙钛矿光电器件铺平了道路。