集成宽带隙钙钛矿顶电池和窄带隙硅底电池的单片叠层光伏架构，是突破单结光伏电池肖克利-奎瑟（Shockley-Queisser）效率极限的重要战略途径。该架构充分利用了成熟的硅制造能力，并有望加速钙钛矿技术的商业化应用。然而，大面积叠层组件在面积扩展的过程中，常常面临自组装分子（SAM）分布不均匀的严峻挑战。近日，南京大学谭海仁、孔文驰、林仁兴及北京理工大学徐建等联合团队针对这一关键科学问题取得重要研究进展，成功设计并合成出一种基于二甲基吖啶的自组装分子（Ph-DMAcPA），通过调节分子自组装行为抑制了聚集，显著提升了薄膜均匀性及大面积器件的光伏性能。研究团队在孔径面积为783.7 cm²的单结光伏组件上实现了创纪录的19.1%光电转换效率。在钙钛矿/硅叠层太阳能电池中，1.163 cm²有效面积的器件实现了32.6%（认证32.4%）的效率，16 cm²大面积器件实现了29.4%（认证28.12%）的效率，且开路电压高达2.02 V。封装的器件在湿热、热循环及最大功率点（MPPT）跟踪测试下展现出卓越的运行稳定性。相关成果以“Homogeneously distributed self-assembled molecules for efficient and scalable perovskite/silicon tandem solar cells”为题发表于国际知名期刊《Joule》。

在钙钛矿光伏技术中，自组装单分子层（SAMs）对于减少界面复合和实现有效电荷分离至关重要。然而，当前广泛使用的基于咔唑的SAM分子（例如Me-4PACz）因具有平面的共轭末端，存在强烈的Π-Π堆叠效应，导致其在溶液中极易迅速聚集。在面积扩展和薄膜涂覆过程中，这种由聚集引起的不均匀性会严重损害薄膜的基底覆盖率和附着力，不仅导致界面处产生大量针孔与分流路径，还使其在面对处理钙钛矿时常用的极性溶剂（如DMF和DMSO）时出现严重的脱附现象，使大面积器件陷入性能与稳定性双重受限的困境。

为从根本上克服咔唑类SAM的局限性，研究团队创新性地提出了一种全新的分子设计理念，开发了具有增强空间位阻的SAM分子Ph-DMAcPA。该分子通过苯基取代和吖啶核心修饰引入了部分扭曲的骨架，其二甲基吖啶核心呈现出高达108.2°的二面角，配合苯基取代基的非平面排列，成功破坏了长程有序的Π轨道对齐，有效阻止了纳米级规则分子簇的形成与聚集。此外，扩展的Π共轭系统将界面偶极矩从1.72 D提高到1.98 D，优化了空穴传输层与钙钛矿之间的能级对齐，从而改善了界面处的电荷传输动力学。其非平面的构象以及更强的基底结合能赋予了Ph-DMAcPA极高的锚定稳定性，即使经过极性溶剂反复冲洗仍能保持极高的表面电势均一性和完整的分子覆盖。

得益于Ph-DMAcPA均匀且抗溶剂的理想单分子层覆盖，其为刮涂法制备的宽带隙钙钛矿薄膜提供了优异的形核与生长模板，促进了无针孔、大尺寸垂直晶粒（约1μm）的生长，大幅度抑制了埋底界面的非辐射复合。最终，经过优化的钙钛矿/硅叠层电池组件展现出卓越的商业化潜力。封装的叠层器件在1个太阳光照下进行MPPT连续跟踪1100小时后，依然保持了初始效率的96.2%。在严苛的-40°C至85°C热循环测试（ISOS-T-3）中，经过250次循环后该器件保留了92.2%的初始效率，远超含Me-4PACz的对照组样品，展现出满足光伏制造所需的极高运行稳定性与热稳定性。