综述：有机功能分子“治疗”钙钛矿光伏器件：进展、机理与展望

《Interdisciplinary Materials》：Curing Perovskite Photovoltaics With Organic Functional Molecules: Progress, Mechanism, and Prospect

　　

钙钛矿太阳能电池（PSC）被认为是下一代最有前途的光伏技术，其性能关键取决于钙钛矿吸光层的质量以及功能层之间的协同效应。为了控制和优化钙钛矿太阳能电池（PSC）的薄膜质量，具有有机官能团的添加剂，特别是医药衍生分子，近年来因其独特的优势，尤其是官能团的精准靶向设计而受到广泛关注，这使得研究人员能够进行功能导向的分子结构筛选和修饰。此外，除了钙钛矿层，有机功能分子通过在载流子传输层、封装层和电极界面内的多重效应也发挥着重要作用。本文详细介绍了医药衍生有机功能分子在钙钛矿太阳能电池（PSC）不同功能层中的应用，阐明了其在缺陷钝化、能量能级对齐、结晶调控和抑制离子迁移等方面的作用机理。由于多样的官能团和多变的分子几何结构，这些分子能够通过多种效应在多个位点与每个功能层相互作用，从而促进多功能修饰。值得注意的是，鉴于成熟的制造工艺、完善的结构-功能关系、庞大的数据库、低毒性和生物可降解性等优势，本文强调了医药衍生分子与钙钛矿太阳能电池（PSC）跨学科整合的前景和挑战。最后，人工智能（AI）辅助的结构-功能设计与预测，以及高通量筛选系统，也将推动医药化学与钙钛矿光伏交叉学科领域的广阔未来。

## 1 Introduction

钙钛矿太阳能电池（PSC）代表着能源材料领域最具颠覆性的技术革命之一。相较于传统硅太阳能电池，钙钛矿材料凭借其卓越的光吸收系数、可调谐的带隙、便捷的溶液加工性以及极低的理论成本极限，重新定义了光伏技术的创新轨迹。其效率的显著提升尤为引人注目——在短短十年内，从最初的实验室演示进展到接近商业级的效率，完成了硅太阳能电池耗时半个多世纪才实现的研发历程。2009年，Miyasaka及其团队首次报道了CH?NH?PbI?的光电转换潜力。通过将该材料作为敏化剂沉积在介孔TiO?上，制备的光伏器件实现了3.8%的功率转换效率（PCE）。混合有机-无机钙钛矿被整合到全固态介观太阳能电池中，将PCE提升至10.9%。随后的进展使得n-i-p和p-i-n结构的异质结钙钛矿太阳能电池的认证效率分别达到了26.5%和27.3%的里程碑。这一性能已接近硅太阳能电池的世界纪录（27.8%），并迅速逼近多晶硅电池的理论效率极限（29.4%）。

然而，在效率显著提升的背后也潜藏着危机。商业化钙钛矿太阳能电池（PSC）组件通常需要超过6500 cm²的活性面积，但在此规模下实现的效率仅约为15%。此外，随着组件尺寸的增加，效率和运行稳定性都会迅速下降。这种现象从根本上源于钙钛矿晶体固有的脆弱性、其他功能层以及它们在电荷传输过程中的界面损失。钙钛矿晶体固有的脆弱性主要体现在以下三个关键方面：

### 1. Migration-induced degradation

钙钛矿晶体软晶格的特性导致铅卤八面体的动态畸变。这促进了卤离子（I^?、Br^?）和有机阳离子（MA⁺、FA⁺）在电场、光照和热应力作用下，主要沿晶界迁移。这种迁移产生了深能级缺陷态，如碘空位和碘化铅反位缺陷。

### 2. Interface defect accumulation

快速的溶剂结晶过程容易引起针孔等宏观缺陷。此外，表面配位不足的Pb²⁺离子充当强电子陷阱。研究表明，钙钛矿薄膜的缺陷态密度（10¹⁶–10¹⁷ cm^-3）显著高于硅，因此其主导了Shockley-Read-Hall（SRH）非辐射复合。

### 3. Phase segregation and decomposition reactions

光诱导的卤离子迁移会导致光诱导的相分离（例如，分离成富碘和富溴区域）。同时，水分和氧气的渗入会催化不可逆的分解路径。这些过程导致在湿热条件下效率急剧下降，使得T₈₀寿命（效率衰减到初始值80%所需的时间）远低于商业可行性所需的25年标准。

钙钛矿太阳能电池的界面损失主要源于：载流子的非辐射复合、功能层之间的高接触电阻以及功能层之间的能量能级失配。首先，材料表面的针孔、缺陷和晶界会加剧非辐射复合。在此过程中，能量以热的形式耗散，而不是作为载流子释放。其次，功能层表面粗糙度的增加会减少其有效接触，从而增加接触电阻并阻碍载流子传输和提取。第三，功能层之间的能量能级失配会产生不利的能垒，导致反向电场的形成。

通常，无论器件架构如何，高效稳定钙钛矿太阳能电池的基本先决条件是：钙钛矿吸光层出色的结晶度、高效的载流子收集和传输以及对不利环境稳定性因素的强大抵抗力。在此背景下，“有机功能分子钝化策略”的兴起展示了出人意料的强大技术突破。这些源自医药的有机功能分子最初基于有机-无机相互作用，利用其独特的结构和成本优势，充当钙钛矿太阳能电池（PSC）功能层的“分子医生”。这些分子的具体优势体现在以下几个方面：

### 1. Precision-targeted design

医药衍生分子在进入临床试验前经过严格的结构-功能关系优化，其分子结构富含多样可调的官能团。它们的官能团——包括氨基（─NH?）、羧基（─COOH）、磺酰基（─SO?H）和羟基（─OH）——可以有效地与未配位的Pb²⁺离子配位，并钝化钙钛矿太阳能电池（PSC）中的电子陷阱。此外，电子受体官能团可以与卤素空位结合，阻断离子迁移路径。

### 2. Excellent chemical stability

具有苯环和N-杂环等刚性结构的医药衍生分子通常表现出优异的热稳定性和显著的溶剂耐受性。这使它们能够承受钙钛矿太阳能电池（PSC）的加工条件（例如，在100°C–150°C下退火，或暴露于有机溶剂环境）。

### 3. Geometric configuration and elemental diversity

医药衍生分子不仅拥有多样的空间构型——包括刚性芳香体系（例如，多环结构）、柔性片段和延伸的聚合物链——而且还包含多种元素，例如氟取代或硫取代的官能团。这些分子可以在钙钛矿表面和晶界形成键合网络，同时钝化缺陷，同时释放残余应力并抑制水分渗入。

### 4. Economic viability

许多医药衍生分子已经通过了可扩展生产工艺的验证。它们的现成可用性和可控成本为钙钛矿光伏的大规模应用提供了巨大潜力。

2021年，Miyasaka及其合作者将抗疟疾分子青蒿素引入钙钛矿前驱体溶液中。青蒿素内的羰基（C═O）与未配位的Pb²⁺离子相互作用，有效钝化了钙钛矿的缺陷。这项工作将柔性钙钛矿光伏器件的PCE提升至21.10%，同时增强了其光照稳定性。这项研究代表了医药分子应用于钙钛矿光伏领域的一个开创性里程碑。随后，许多团队筛选了医药分子库，识别出多种医药分子及其衍生物，这些分子在光伏器件制造中展示了显著的效率提升。

在这篇综合综述中，研究人员总结了医药衍生有机功能分子在钙钛矿太阳能电池（PSC）中的应用。主要关注两个方面。首先，一个系统地按功能层（钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴传输层、电极界面和封装层）分类的机制，分别阐明了医药分子的修饰机制。其次，一个结论和展望部分，总结了当前研究中识别出的医药分子的结构-功能关系，以及相关的跨学科挑战，并概述了该领域未来发展的潜在方向。

## 2 Modification of Perovskite Light-Absorbing Layers

钙钛矿吸光层作为光吸收和载流子生成的核心功能层，其结晶度和缺陷密度直接决定了钙钛矿器件的光电性能。有机功能分子主要通过双重机制增强活性层性能。一方面，它们的官能团通过与缺陷位点的特异性相互作用实现精确的缺陷钝化；另一方面，它们调控结晶动力学以改善钙钛矿薄膜的晶体质量。

### 2.1 Defect Passivation

未配位的Pb²⁺离子作为路易斯酸，接受电子。带有能够提供电子的基团（如胺、磺酰基、羟基和羧基）的路易斯碱很容易与Pb²⁺离子配位，形成路易斯酸-碱加合物。这种酸-碱相互作用促进了Pb²⁺周围的电子离域，从而减轻了由缺陷引起的非辐射复合。由于Pb²⁺被归类为边缘酸，它与胺等边缘碱的配位强度增强。

2022年，Lin及其合作者通过使用氨基酸苯丙氨酸作为添加剂，通过配位钝化Pb²⁺缺陷，证明了这一原理。这项干预使钙钛矿太阳能电池（PSC）的PCE从20.21%提高到21.95%。结合能计算进一步揭示了氨基在Cs_0.1FA_0.9PbI?表面未配位Pb²⁺位点的优先吸附，氨基的计算结合能为?71.39 kJ/mol，而苄基为?54.32 kJ/mol，羧基为?33.28 kJ/mol。

同年，Xia等研究人员报道了使用医药中间体双氰胺作为添加剂制备钙钛矿吸光层。双氰胺分子中的亚胺基（─C═NH）和氰基（─C≡N）可被视为路易斯碱，它们有效地钝化了配位不足的Pb²⁺缺陷。源于亚胺和氰基的诱导效应，双氰胺中的氨基（C─NH?）也表现出路易斯碱性，钝化了Pb─I反位缺陷。

由于氧原子的相对高电负性，酯基和羰基中的氧原子具有大量的电子密度。这些氧原子也可以与Pb²⁺相互作用。此外，酯基和羰基是有机功能分子中常见的官能团。聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA），因其生物可降解性和生物相容性而广泛用于药物输送，被Kim及其合作者用作钙钛矿薄膜中的缺陷钝化添加剂。PLGA链上丰富的酯基可以与配位不足的Pb²⁺配位，从而降低缺陷密度并抑制非辐射复合。由于聚合物链无法整合到钙钛矿晶格中，它们会迁移到晶界和薄膜表面，有效地将Pb²⁺暴露于环境中的风险降至最低。

与氧原子类似，氟原子具有高电负性。事实上，氟的电负性超过了氧和所有其他元素。2021年，Iyer等研究人员引入抗癌药物5-氟嘧啶-2,4(1H,3H)-二酮（FPD）作为多功能钙钛矿添加剂。FPD的氟原子与甲基铵阳离子（MA⁺）形成氢键，而其羰基与钙钛矿中未钝化的Pb²⁺配位。这种双重相互作用机制降低了陷阱态密度，同时增强了钙钛矿层的疏水性和水分稳定性。

2024年，Yang及其同事将另一种氨基酸赖氨酸旋涂到钙钛矿层表面。赖氨酸随后渗入钙钛矿晶界，在那里与PbI?反应形成无定形（赖氨酸）?PbI?络合物。这种非晶态材料不仅钝化了表面和界面缺陷，还优化了钙钛矿的晶体形态。未修饰的钙钛矿晶粒表现出针孔和晶界处大量的PbI?晶体残留物，而（赖氨酸）?PbI?修饰的晶粒没有观察到针孔或显著的PbI?残留晶体。此外，（赖氨酸）?PbI?修饰抑制了甲基铵和甲脒（FA⁺）阳离子的降解，从而增强了钙钛矿光伏器件的稳定性，同时将器件效率从23.72%提高到26.27%。

### 2.2 Crystallization Regulation

除了作为缺陷钝化剂，某些有机功能分子还可以调节钙钛矿的结晶过程。这种结晶调节能够控制关键参数——包括成核速率、生长时间和相变势垒——从而增加晶粒尺寸、增强界面平滑度、促进光活性α-FAPbI?的形成并减轻残余晶格应变。最终，这些效应显著改善了钙钛矿层的晶体质量和化学稳定性。

受缠绕植物的启发，Li等研究人员展示了抗菌药物聚六亚甲基胍（PHMG）盐酸盐可以与FA⁺和MA⁺形成氢键并吸附在钙钛矿表面，促进精确化学计量比的沉淀。因此，PbI?和FAI之间的反应得以加速，退火过程中的离子迁移受到抑制，从而提高了FAPbI?的稳定性。

Xiang等研究人员报道了一种使用抗眩晕药物倍他司汀甲磺酸盐作为添加剂制备钙钛矿吸收层的方法。这种含有亚胺基和磺酸官能团的多配位分子有效地与Pb²⁺和I^?形成强键。这种键合相互作用将钙钛矿前驱体的胶束尺寸从20.53纳米增加到59.07纳米，从而加速了前驱体溶液的成核并延迟了钙钛矿晶粒的生长。因此，钙钛矿的平均晶粒尺寸从290纳米扩大到580纳米。

Tan等研究人员在柔性钙钛矿太阳能电池（PSC）前驱体溶液中使用了药物樟脑作为添加剂。樟脑分子内的羰基官能团对Pb²⁺和FA⁺表现出强烈的结合亲和力。在热退火过程中，樟脑的升华能够延长[PbI?]^4?八面体中的Pb─I键。这种延长平衡了随后冷却过程中的Pb─I键收缩，减轻了八面体畸变，并释放了残余晶格应力——从而优化了钙钛矿的结晶。因此，缺陷态密度降低，同时钙钛矿吸光层的稳定性增强。

### 2.3 Multifunctional Mechanism

随着对钙钛矿吸光层添加剂的不断探索，研究人员发现添加剂分子通常含有多种有机官能团。每种官能团都可以通过多种机制与钙钛矿相互作用。此外，这些基团的作用位点和相应机制差异显著。有机功能分子的整体功效是其组成官能团协同作用的结果。因此，引入有机功能分子通常会对钙钛矿晶体薄膜的质量产生多重影响。除了缺陷钝化，这些分子还可以调节关键材料特性，如带隙、能级结构、晶体生长动力学、晶粒尺寸和环境稳定性。

2024年，Zhang等研究人员在碳基介观太阳能电池的钙钛矿前驱体溶液中使用了双氰胺。他们的研究表明，双氰胺不仅钝化了缺陷，还延长了钙钛矿的结晶周期。通过这种方法，钙钛矿的平均晶粒尺寸从234纳米增加到551纳米。

Xu等研究人员证明，由胆碱氯化物（ChCl，一种保肝维生素）和尿素组成的具有共晶结构的氢键共晶分子（EM）在钙钛矿结晶过程中促进了[PbI?]^4?八面体的角共享连接，抑制了不利的面共享构型。这促进了光活性α-FAPbI?的形成，同时抑制了非光活性δ-FAPbI?的存在。该共晶分子同时钝化了缺陷并减少了非辐射复合，将钙钛矿太阳能电池（PSC）的效率从23.93%提高到25.80%。

2023年，Ge等研究人员引入抗凝血药物香豆素作为前驱体添加剂。在退火过程中，香豆素分解生成邻羟基肉桂酸。邻羟基肉桂酸分子中的羧基和羟基可以通过配位和氢键钝化Pb²⁺、I^?和FA⁺缺陷，从而增强钙钛矿光活性层的稳定性。香豆素分子进一步调节了能级对齐，扩大了晶粒，并抑制了高溴含量钙钛矿（Br/(Br+I)摩尔比>20%）中的相分离。

Wang等研究人员报道了抗菌药物乳酸依沙吖啶（EAL）和二甲基铵（DMA）的协同应用可以在环境空气中调节结晶动力学。通过乳酸阴离子和二甲基铵阳离子之间的相互作用，该添加剂加速了DMAPbI?向α-CsPbI?转化过程中二甲基铵的去除，从而加速了结晶并减轻了水分损害。此外，吡啶、醚和氨基可以钝化未配位的Pb²⁺缺陷并与I^?形成氢键，从而降低缺陷和陷阱密度。

Xie等研究人员使用哮喘药物培美司特钾作为前驱体添加剂。该分子内的羰基可以与Pb²⁺配位，钝化深能级缺陷。同时，K⁺与I^?相互作用，从而抑制碘弗伦克尔缺陷的形成。此外，培美司特钾改性显著降低了钙钛矿薄膜表面的残余应力，并增强了器件的热稳定性。钙钛矿的价带上移了0.13 eV，与空穴传输层（MeO-2PACz）更好地对齐，以增强空穴提取。

2022年，Mahapatra等研究人员在前驱体溶液中使用了抗惊厥药物扑米酮作为添加剂。其羰基可以与PbI?强烈相互作用，形成中间体，减缓钙钛矿的结晶并扩大晶粒尺寸。同时，扑米酮的添加钝化了Pb─I反位缺陷，最终提高了PCE和运行稳定性。

Li及其合作者将尿嘧啶（DNA的组成部分，也是一种抗癌药物）作为添加剂掺入钙钛矿前驱体中。尿嘧啶中存在的双羰基很容易与钙钛矿骨架内的Pb²⁺和有机阳离子形成配位键。在钙钛矿薄膜形成后，尿嘧啶定位于晶界，增强了晶粒间的相互作用，抑制了离子迁移，并增强了钙钛矿层与下方SnO?电子传输层（ETL）的附着力。此外，尿嘧啶钝化提升了光活性α-FAPbI?向非钙钛矿δ-FAPbI?有害相变的能垒，从而改善了钙钛矿吸收层的稳定性。值得注意的是，使用这种方法加工钙钛矿光伏器件可以在环境空气（相对湿度约为50%）中进行。这些器件表现出卓越的运行稳定性，在6000小时的连续光照测试后仍保持其初始PCE的90%以上。

为了减轻铅暴露风险，一些研究人员已将重点转向锡基卤化物钙钛矿太阳能电池。然而，这些器件通常受到Sn²⁺固有不稳定性的阻碍，因为Sn²⁺易被氧化，导致器件失效。为了增强Sn²⁺的稳定性，Xu等研究人员使用血管活性药物多巴胺盐酸盐（DACl）修饰了锡基钙钛矿FA_0.75MA_0.25SnI?。DACl分子中还原性酚羟基持续抑制Sn²⁺氧化为Sn⁴⁺。同时，─NH?⁺和Cl^?基团钝化碘缺陷和未配位的Sn²⁺离子，降低了缺陷密度。因此，经DACl修饰的器件实现了11.0%的功率转换效率。填充因子（FF）从53.2%显著增加到68.9%，并且在连续运行600小时后，效率下降保持在20%以下。

有机功能分子可能采用多种几何构型，即使分子结构中微小的空间变化也可能影响它们与钙钛矿的界面相互作用。Zhang等研究人员采用了2-氨基烟酰胺（2AN）和6-氨基烟酰胺（6AN）同时调节钙钛矿吸光层。在邻位取代的2AN分子中，氨基邻近酰胺部分，空间位阻限制了其吸附几何形状，使得只有酰胺基团可以容易地吸附到钙钛矿表面，主要采用垂直取向。相反，在6AN分子中，氨基相对于酰胺占据相反位置，使得两个官能团可以同时参与静电吸附。这种构型有利于在钙钛矿表面呈平行取向。两种分子到钙钛矿的电荷转移通过配位和氢键发生，其中6AN由于其增加的静电吸附位点而表现出更多的电子给体效应。两种分子的协同共修饰使电子转移最大化，在钙钛矿表面产生更多的n型半导体区域，并优化了钙钛矿/电子传输层（ETL）界面的能级对齐。这些效应共同促进了高效的电荷提取，减少了缺陷密度，并抑制了非辐射复合。

He等研究人员报道了磺胺衍生钝化剂，特别是4-磺酰胺苯甲酸（4-SA）和3-磺酰胺苯甲酸（3-SA），用于钙钛矿薄膜的顶部表面钝化。在4-SA中，羧酸和磺酰基团呈对位构型，而在3-SA中它们呈间位取代。理论计算显示，3-SA的磺胺基团处电子云密度更高（?53.95 kcal mol^?1），相比于4-SA（?50.06 kcal mol^?1）。4-SA和3-SA在FAPbI?表面的计算吸附能分别为?0.30 eV和?0.87 eV。两种结构异构体中的氧原子都可以与钙钛矿表面暴露的Pb原子键合。而3-SA的羰基氧原子可以与配位不足的Pb²⁺离子相互作用，从而增强了表面钝化效果，优于4-SA。经3-SA和4-SA修饰的钙钛矿光伏电池分别实现了23.30%和22.34%的PCE。

在钙钛矿吸光层上用某些低表面能有机功能分子进行修饰，甚至可以增强其对水分降解的抵抗力。芪类化合物（黄芪，膜荚黄芪成分）是一种传统中药化合物。Peng等研究人员将多羟基衍生物4OH-芪应用于无机钙钛矿CsPbI?Br的顶部表面。随后的退火诱导了羟基的脱水，形成疏水钝化层。该层不仅钝化了缺陷并优化了能级对齐，还显著提高了光伏器件的稳定性和运行寿命。值得注意的是，改性器件在1000小时的测试后仍保持其初始PCE的84.3%。

Chen等研究人员采用旋涂工艺将辅酶Q10（Co Q10）沉积在钙钛矿表面。Co Q10分子内的羰基可以螯合Pb²⁺离子，有效钝化缺陷并抑制非辐射复合。此外，Co Q10修饰显著增加了钙钛矿表面的疏水性。在修饰表面上，水接触角从57.45°上升到74.36°，表明疏水性增强。这种对水分渗入的抵抗力提高有助于延长器件寿命。至关重要的是，Co Q10修饰的光伏器件在运行1000小时后仍保持其初始PCE的91%，而未修饰器件则降解至其初始PCE的60%以下。

## 3 Modification of Electron Transfer Layers (ETLs)

电子传输层（ETL）在钙钛矿太阳能电池（PSC）中发挥着关键作用，是光生电子分离、提取并传输到外部电路的关键路径。然而，ETL表面常见的各种缺陷——如氧空位和不饱和配位键——会形成深能级陷阱，捕获自由电子或空穴。这导致载流子严重的非辐射复合损失。此外，ETL与钙钛矿吸光层之间的能级失配会引入界面能垒，阻碍高效的电荷传输。这两个关键因素严重限制了器件内的电荷传输效率，是提升整体光伏性能的主要瓶颈。近年来，利用特定有机功能分子对ETL进行表面修饰已成为一种极具前景的性能优化策略。此类分子自发吸附并均匀覆盖ETL表面，主要通过以下协同机制显著提高ETL性能：

### 1. Defect passivation

有机功能分子中富电子或具有孤对电子的官能团（例如，氨基、羧基、磷酰基）可以与ETL表面缺陷位点的悬挂键和空位形成强配位键、静电相互作用和强相互作用。这有效地钝化了活性缺陷位点，降低了表面陷阱的密度及其捕获载流子的能力。因此，界面处的非辐射复合得到显著抑制。

### 2. Template induction

在ETL表面形成的自组装单层（SAM）的特定分子排列为随后沉积的钙钛矿前驱体提供了理想的成核模板。这有助于形成具有卓越结晶度、更少晶界缺陷以及与ETL更平坦、更致密界面的钙钛矿薄膜。因此，这些改进降低了界面电荷传输电阻。

### 3. Energy level alignment

某些特定有机功能分子的电子结构特性可以调节ETL的功函数和表面能级分布。这有利于减小ETL与钙钛矿层之间原本存在的能级间隙，并优化它们的能级对齐，从而降低界面处电荷提取的能垒，提高电子注入效率。

### 4. Interfacial bridging

位于有机功能分子两端的官能团，能够同时与ETL和钙钛矿层键合，可以通过键合相互作用将钙钛矿层锚定到ETL上。这增强了层间的附着力，从而减少了提取和传输过程中界面处的载流子损失。

这些机制共同提升了ETL的晶体质量和稳定性，为钙钛矿薄膜沉积建立了有利的界面基础。这显著提高了界面电荷提取和传输的效率，为开发高性能、高稳定性钙钛矿太阳能电池提供了强大的技术途径。在接下来的部分中，研究人员将阐明壳聚糖、多巴胺和双氰胺等有机功能分子对高性能钙钛矿光伏器件制造的贡献。

2023年，Xie及其同事应用壳聚糖衍生物——特别是壳聚糖季铵盐（HACC）和羧甲基壳聚糖（CMCS）——来修饰ETL。HACC和CMCS利用末端活性基团（─OH、─COOH和─NH?），增强了SnO?和MAPbI?的分散性和结晶度，同时钝化了SnO?表面的氧缺陷并提高了其电导率。随后，Choi等研究人员使用乙二胺四乙酸（EDTA）接枝壳聚糖（C-EDTA）作为SnO?前驱体溶液的添加剂。EDTA强大的螯合能力促进了SnO?胶体的封装，而壳聚糖的丰富羟基仍暴露在外。这种修饰增强了SnO?胶体的亲水性并增加了颗粒间的排斥力，从而产生了更均匀的粒径分布并减少了团聚。C-EDTA修饰的SnO?胶体平均粒径约为2.4纳米，在储存1个月后仍稳定在2.2纳米。相比之下，未修饰的SnO?胶体在同期内从初始的3.0纳米增加到4.3纳米。当沉积在ITO玻璃基板上时，C-EDTA修饰的SnO?薄膜的均方根粗糙度（R_q）仅为1.53纳米，显著低于未修饰SnO?的3.67纳米。这种改进的底部表面粗糙度为钙钛矿晶体生长提供了更均匀的衬底。

Chen等研究人员引入聚合物羧甲基壳聚糖（CMC）作为无反溶剂制备方法中SnO?/钙钛矿界面处的模板。模板的羧甲基和酰胺基团与埋藏界面处的Pb²⁺相互作用，富集Pb²⁺浓度并通过形成氢键阻止I^?迁移，促进钙钛矿的快速成核和垂直生长。此外，残余晶格应力得到缓解，缺陷密度降低，有利于形成高质量的钙钛矿晶体。因此，引入CMC将钙钛矿光伏器件的认证PCE从23.14%提高到25.12%。

Chen及其同事报道了一种用于SnO?/MAPbI?界面的多巴胺自组装单层（SAM）修饰策略。多巴胺分子中的羟基氧（─O^?）可以与SnO?表面的金属离子形成化学键，而末端氨基（─NH?⁺）可以作为MAPbI?的成核位点，促进钙钛矿在底部界面的锚定。此外，多巴胺分子独特的π共轭苯结构有利于提高电子传输效率。

Zhai及其同事将多巴胺接枝到超小TiO?纳米晶体表面，利用修饰后的纳米晶体制造介孔ETL。多巴胺优异的亲水性使环境水分子在其表面均匀分散。此外，水分子可以与PbI?通过氢键相互作用，促进形成互连的PbI?骨架而非孤立晶粒。此外，多巴胺修饰有效地调节了TiO?的能级结构。修饰后的TiO?的导带边缘上移了0.15 eV，更接近钙钛矿的导带边缘，从而表现出更好的能级对齐和电子传输性能。

Gr?tzel及其同事证明，用DACl SAM修饰的SnO? ETL表现出增强的界面性能。DACl中的邻苯二酚基团与SnO?表面的Sn⁴⁺位点建立稳固的螯合相互作用，而甲基铵官能团可以取代钙钛矿前驱体中的A位阳离子。这种双重功能创建了一个模板导向的成核平台，调节了钙钛矿的结晶动力学。值得注意的是，DACl修饰诱导了有利的能带重构，使SnO?的导带最小值（CBM）与钙钛矿吸收层的CBM更紧密对齐。这种优化的能量景观促进了定向电子传输，同时抑制了界面复合损失，最终提高了光伏器件中的电荷提取效率。

2025年，Song及其同事报道了一种利用小分子双氰胺制造传统钙钛矿太阳能电池的埋藏修饰策略。在此方法中，双氰胺和钙钛矿前驱体溶液依次旋涂在ITO/SnO?基板上。双氰胺不仅钝化了SnO?和钙钛矿层之间的界面缺陷，还增强了SnO?的电导率并改善了ETL/钙钛矿界面的接触。此外，双氰胺修饰将SnO?和钙钛矿之间的导带能级差从0.15 eV降低到0.02 eV，显著促进了载流子在ETL/钙钛矿界面的传输和提取。

在一项由Zheng等研究人员进行的研究中，血液抗凝剂肝素钠被用于修饰SnO?/钙钛矿界面。肝素钠分子中的羧基（─COO^?）和磺酸基（─SO?^?）与Pb²⁺和Sn⁴⁺离子形成键，作为分子桥增强了钙钛矿/ETL界面的附着力，同时降低了缺陷密度。此外，肝素钠修饰将SnO?的导带边缘从?4.35 eV上移到?4.16 eV，实现了与钙钛矿导带边缘的更好对齐。这种优化的能级匹配有效地降低了界面能垒，从而增强了SnO?和钙钛矿之间的电子提取效率。

Yan等研究人员将葡糖酸钠作为添加剂引入ETL的SnO?溶液中。葡糖酸钠与SnO?颗粒形成了丰富的氢键，抑制了它们的团聚，并作为桥梁促进了钙钛矿的成核和生长。这改善了埋藏界面的接触和形态，同时优化了ETL和钙钛矿层之间的能级对齐。此外，葡糖酸钠分子充当屏障，阻止SnO?参与钙钛矿的光降解过程，从而增强了钙钛矿的光稳定性。

Mai及其同事用局部麻醉剂苯佐卡因（4-氨基苯甲酸乙酯）修饰了SnO?表面。苯佐卡因分子内的羰基（C═O）与SnO?表面上的Sn⁴⁺离子形成静电吸引。同时，胺基（─NH?）钝化了钙钛矿层中的阳离子缺陷并与碘离子（I^?）形成氢键。这种协同相互作用增强了钙钛矿的稳定性，同时优化了界面形态并增加了钙钛矿晶粒尺寸。此外，苯佐卡因的引入调节了能级对齐，使SnO?的费米能级更接近钙钛矿。这种对齐促进了载流子的提取和传输。

值得注意的是，有机功能分子所拥有的氨基、羟基、羧基和磺酸基等官能团可以很容易地通过配位相互作用与金属离子形成键并锚定在金属氧化物表面，发挥缺陷钝化、界面桥接等功能。因此，有机功能分子被广泛应用于修饰金属氧化物ETL。相比之下，PCBM和C??等有机ETL通常缺乏能够与有机功能分子进行多种相互作用的官能团。因此，利用有机功能分子修饰有机ETL的研究相对较少。然而，Sung-Nam Kwon及其合作者报道了一种采用EDTA作为分子桥的PCBM/ZnO复合ETL。根据研究，EDTA的羧基中的氢原子与PCBM中羰基的氧原子形成氢键。此外，EDTA可以螯合ZnO分子中的Zn²⁺离子。这种双重功能使得EDTA能够充当PCBM和ZnO之间的分子桥。因此，EDTA促进了PCBM/ZnO界面间的高效电荷转移并钝化了ZnO表面缺陷。

## 4 Modification of Hole Transfer Layers (HTLs)

空穴传输层（HTL）的主要功能是高效提取钙钛矿吸收层产生的光生空穴并将其传输到正电极（例如，Au、Ag、Cu、ITO和FTO），同时阻挡电子反向扩散以防止电荷复合。HTL的性能直接影响器件的PCE和稳定性。目前，常用的HTL主要分为有机HTL、无机HTL和有机-无机复合HTL。

### 4.1 Organic HTLs

有机HTL利用分子间π-π共轭结构进行空穴传输。这些有机HTL以可调谐能级和与钙钛矿材料良好的界面相互作用为特征，构成了早期n-i-p结构太阳能电池的基本组成部分。它们大致分为两类：有机小分子和有机聚合物。

代表性的聚合物HTL包括聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]（PTAA）和聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（P3HT）。尽管这些聚合物提供相对较低的材料成本，但其固有的低空穴迁移率限制了其广泛应用。相比之下，螺环小分子化合物spiro-OMeTAD（2,2′,7,7′-四（N,N-二对甲氧基苯胺基）-9,9′-螺二芴）代表了应用最广泛的有机HTL，受益于更高的空穴迁移率和与钙钛矿有利的能级对齐。然而，spiro-OMeTAD价格昂贵，通常需要氧化过程。具体来说，spiro-OMeTAD需要掺杂双（三氟甲磺酰）亚胺锂（LiTFSI）并经大气氧氧化，以促进spiro-OMeTAD·⁺TFSI^?的形成，从而提高电荷迁移率和电导率。

为了尽量减少氧化过程中必要的空气暴露，Yan及其同事引入了α-硫辛酸（LA）——一种用于糖尿病治疗的已知药物——作为spiro-OMeTAD加工的多功能添加剂。LA发挥三重作用：（1）催化氧化反应；（2）与过量的Li⁺离子（通过LiTFSI掺杂引入）强力配位，形成不溶性硫辛酸锂（Li-LA）沉淀，随后可通过过滤去除，从而防止有害的Li⁺离子在界面处扩散；（3）LA分子与钙钛矿表面存在的未配位Pb²⁺离子相互作用，钝化界面缺陷。

### 4.2 Inorganic HTLs

无机HTL凭借其固有的半导体特性传导空穴，是p-i-n结构钙钛矿太阳能电池（PSC）的核心材料。无机HTL材料的典型代表包括NiO_x、CuSCN、CuI和V?O?，其中NiO_x因其良好的化学稳定性而获得了最广泛的应用。然而，NiO_x表面相对较高的缺陷密度会在HTL/钙钛矿界面处诱导严重的非辐射复合。此外，NiO_x中某些高价Ni^δ+物种（δ ≥ 3）在界面处与钙钛矿组分发生氧化还原反应，加速了钙钛矿的降解。为解决这些限制，研究人员利用有机功能添加剂对NiO_x/钙钛矿界面进行了修饰。

Pyropheophorbide-a，一种用于肿瘤光动力治疗的光敏剂，作为分子骨架，合成了其衍生物SPPaTFA。Wang等研究人员采用SPPaTFA修饰p-i-n钙钛矿太阳能电池（PSC）中的NiO_x HTL。这种修饰导致Ni³⁺/Ni²⁺比率显著增加，同时抑制了有害Ni^δ+物种的形成，并大幅增强了NiO_x的电导率。SPPaTFA中高电负性的三氟乙酸根（TFA^?）部分有效地钝化了阳离子缺陷并降低了钙钛矿晶格应变。这促进了择优晶体取向，形成了垂直排列的柱状钙钛矿晶粒。因此，经SPPaTFA修饰的光伏器件实现了25.54%的最大PCE，并展示了超过800小时的持续运行稳定性。

在另一项研究中，Na等研究人员使用甘氨酸、丙氨酸和氨基丁酸修饰NiO_x HTL。在这些氨基酸中，丙氨酸表现出最佳功效。丙氨酸修饰的NiO_x表现出升高的Ni³⁺/Ni²⁺比率以及减少的NiOOH存在，这可以加速钙钛矿的降解。因此，HTL/钙钛矿界面处的氧化还原反应得到显著钝化。此外，界面缺陷得到有效钝化，界面应力降低。NiO_x的疏水性得到增强，这有利于促进钙钛矿晶界迁移并获得更大尺寸的钙钛矿晶粒。

Wang等研究人员用廉价易得的维生素C修饰了NiO_x/钙钛矿界面。维生素C分子中的羟基（─OH）和羰基（C═O）通过O─H···O和C═O···Ni³⁺与NiO_x相互作用，并通过C═O···Pb²⁺与Pb²⁺相互作用。这种修饰可以有效降低界面缺陷密度，抑制界面氧化还原反应，从而产生更稳定的钙钛矿光伏器件，其T₈₀寿命高达1198小时。

硫辛酸（LA）不仅可用于有机HTL，还可作为NiO_x/钙钛矿界面改性剂。LA分子的羧酸基团与二硫键形成动态共价键，促进了交联网络的构建。该网络显著增强了NiO_x/钙钛矿界面的附着力。此外，含有二硫键的五元环在65°C（LA的熔点）以上发生热诱导开环聚合，赋予LA自修复性能。正如Chen等研究人员在柔性钙钛矿光伏器件中所示，使用LA同时修饰NiO_x/钙钛矿和钙钛矿显著提高了耐弯曲性，器件效率在3000次弯曲循环和室温静置后恢复到原始值的95%以上。

### 4.3 Composite HTLs

复合HTL整合了有机材料优异的界面相互作用与无机材料的高稳定性和良好电导率。利用协同效应，这些复合结构有效缓解了单组分HTL的局限性，使其成为近年来重要的研究焦点。在广泛应用的复合HTL中，NiO_x-SAM体系尤为普遍，其中NiO_x-Me-4PACz是代表性实例之一。在此复合结构中，NiO_x提供高光学透明度和化学稳定性，而Me-4PACz则起到阻挡光生电子、抑制非辐射复合和抑制界面氧化还原反应的作用。然而，Me-4PACz具有较大的空间位阻，导致NiO_x表面结合位点不足。此外，其固有的自聚集倾向导致在NiO_x表面锚定不足够稳定和均匀。因此，将具有特定官能团的有机功能分子引入HTL，以协助实现NiO_x表面均匀稳定的SAM锚定。

Chen及其合作者将拮抗剂药物Phaclofen（PLF）作为添加剂掺入HTL材料Me-4PACz中。PLF通过共吸附与Me-4PACz结合，随后沉积在NiO_x的顶部表面。具体来说，PLF分子内的磷酸基团将其锚定到NiO_x表面，同时将其极性基团朝外。这种构型具有双重目的：(i) 促进Me-4PACz在NiO_x上的均匀和稳固锚定，以及 (ii) 增强SAM的亲水性，从而改善钙钛矿前驱体溶液在SAM/钙钛矿界面的润湿性。因此，平均钙钛矿晶粒尺寸从340纳米增加到500纳米。

此外，Shi及其合作者采用共吸附策略，将高牛磺酸（3-氨基-1-丙磺酸，3NS）——一种公认可减轻认知衰退和记忆丧失的化合物——与Me-4PACz共同使用。3NS和Me-4PACz分子之间的相互作用，包括阳离子-π键合、氢键和静电吸引，有效降低了Me-4PACz的两亲性，抑制了其自聚集，并使其在NiO_x基底上均匀附着。此外，这种通过SAM共吸附进行的分子修饰显著改变了NiO_x的电子特性。价带最大值（VBM）从?5.27 eV下移到?5.64 eV，更接近钙钛矿的VBM（?5.96 eV）。同时，NiO_x的费米能级从?4.80 eV增加到?5.03 eV，与钙钛矿的费米能级（?5.32 eV）更好地对齐。这些更深的价带和费米能级缩小了HTL和钙钛矿之间的能级偏移，增强了界面电荷提取效率，并有助于提高开路电压（V_oc）。

## 5 Applications of Other Functional Layers

### 5.1 Modification of the Electrode

电极在钙钛矿太阳能电池（PSC）的电荷收集中发挥着关键作用。碳电极因其优异的耐水耐氧稳定性以及低成本而被应用于钙钛矿太阳能电池。然而，碳电极通常表现出比金属电极低得多的电导率。为了提高电导率，碳电极通常用金属纳米颗粒进行修饰。为了实现这些金属纳米颗粒在碳电极中的均匀分散，引入了能够与纳米颗粒相互作用的有机功能分子来抑制团聚。

Xu等研究人员利用没食子酸、鞣酸和茶多酚包覆镓纳米颗粒，随后将其掺入碳浆中用于电极制造。天然多酚可以与镓纳米颗粒中的Ga³⁺离子配位。结合其相当大的空间位阻，这种配位行为促进了镓纳米颗粒在碳浆中的均匀分散，有效防止了团聚，同时还提供了防潮防氧腐蚀的保护屏障。在这些多酚中，茶多酚产生的包覆效果最佳。茶多酚包覆的镓纳米颗粒填充了钙钛矿/碳界面的空隙，从而改善了界面接触。这增强了碳电极的电导率并优化了从钙钛矿层到碳电极的空穴传输路径，减少了界面处的空穴积累。因此，最佳器件实现了16.58%的功率转换效率，显著超过了对照器件（13.27%）。

此外，对于柔性钙钛矿太阳能电池（PSC）的组装，某些有机功能分子还可以增强电极的机械性能和稳定性。Xiao等研究人员通过将银纳米线（Ag NWs）与壳聚糖和抗坏血酸（Chi-AsA）的交联聚合物进行包覆，制备了复合电极。修饰后的Ag NW电极对聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）基底的附着力显著提高，并增强了热稳定性。即使在水性和有机溶剂中长时间超声处理后，仍保持强附着力。该电极的均方根（RMS）粗糙度也低于10纳米。值得注意的是，其方块电阻也大幅下降了高达81.6%。

氧化铟锡（ITO）电极常用于钙钛矿光伏器件中。然而，钙钛矿层在器件运行过程中会逐渐分解。产生的分解产物可以渗透载流子传输层并腐蚀ITO，生成In³⁺。关键的是，这些In³⁺离子随后可以扩散到钙钛矿表面，形成载流子传输屏障并促进钙钛矿的进一步分解。为解决这个问题，Zhao等研究人员使用乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA-2Na）——重金属解毒药物中的关键成分——来修饰ITO表面。EDTA-2Na不仅可以与ITO表面上的铟原子配位，显著增强耐腐蚀性，还可以螯合In³⁺，有效抑制其迁移。

### 5.2 Preparation of the Encapsulation Layer

在实际运行中，钙钛矿太阳能电池（PSC）可能会暴露在恶劣的天气条件下，例如大雨、冰雹、高温、酸雨和强紫外线辐射。钙钛矿层的损坏会使PbI?和PbO暴露在潮湿空气中，导致可溶性铅化合物的形成。因此，铅以Pb²⁺离子的形式释放到环境中，主要威胁人类健康、自然环境以及动植物的生存。外部封装（覆盖整个光伏器件）和内部封装（特异性覆盖钙钛矿吸光层）均能有效缓解铅泄漏的相关风险。封装器件可以通过浸泡法评估铅泄漏情况，即将密封组件浸入水中指定时间，然后测量铅浓度。为最大限度地防止泄漏，合适的封装材料通常表现出对水分和氧气渗入的强阻隔性能，以及对铅离子的高螯合亲和力。幸运的是，某些能够与Pb²⁺配位的有机功能分子可以被调整以表现出合适的机械性能、化学稳定性、透明度和铅吸收能力，使其成为有前景的钙钛矿太阳能电池（PSC）封装材料。

为应对这一挑战，Uddin等研究人员开发了一种封装粘合剂，称为TA-Ti⁴⁺，通过将医用收敛剂鞣酸与Ti-BALD反应制备。用这种材料封装的器件保持了其初始PCE的96.8%。TA-Ti⁴⁺显著延长了钙钛矿太阳能电池的运行寿命，并有效防止了Pb²⁺的浸出。此外，该封装层提供了优异的水蒸气和氧气阻隔性能。有趣的是，TA-Ti⁴⁺涂层虽然本身具有亲水性，但通过强相互作用与水分子形成稳定的簇，阻止它们渗透到下层钙钛矿层，从而保护其免受降解。这种防水机制从根本上不同于主要依赖疏水化合物的传统封装材料。

在另一项研究中，Zhong等研究人员开发了一种改性壳聚糖（CS）封装涂层，命名为CPD，专门用于从废弃钙钛矿器件中固铅和回收。他们将壳聚糖与磷酸二铵（DAP）作为交联剂进行交联，并加入聚乙烯醇（PVA）作为增塑剂。制备的CPD薄膜被应用于钙钛矿太阳能电池（PSC）的顶部和底部表面。值得注意的是，这种封装膜可以捕获超过99.99%从受损钙钛矿太阳能电池（PSC）中浸出的Pb²⁺，将铅泄漏浓度降低到2 ppb以下。这一水平显著低于美国环境保护局制定的安全饮用水标准。此外，CPD层增强了器件稳定性并提高了光吸收效率，将PCE从21.91%提高到22.82%。重要的是，CPD的生物可降解性确保了有机组分在降解过程中分解，留下固体铅污染物在受损器件模块内部。这促进了危险材料的方便安全回收，减轻了二次污染的风险。

受蜘蛛网捕食猎物时表现出的卓越韧性、强度和附着力的启发，Cao等研究人员设计了一种原位吸附铅的方法。他们将医用光敏剂锌卟啉（ZnP）的衍生物掺入用于制造钙钛矿层的反溶剂中。在退火过程中，ZnP自聚合成（ZnP）_n，形成一种粘性聚合物。该聚合物内的C─O单键有效地与Pb²⁺离子配位。这种双功能机制钝化了钙钛矿内部的缺陷，同时充当铅清除剂，从而抑制了铅离子的浸出。此外，这种聚合物的存在证明性地改善了钙钛矿光伏器件的热稳定性和光稳定性。

受几丁质螯合重金属离子并作为人体重金属排泄剂能力的启发，Zhang等研究人员将几丁质引入钙钛矿前驱体溶液中。退火后，几丁质的自组装聚合物在钙钛矿表面和晶界形成了封装涂层。在该结构中，羰基（─C═O）与配位不足的Pb²⁺离子相互作用，而羟基（─OH）与I^?离子形成氢键，从而钝化了缺陷。此外，几丁质的引入可以减少晶界间隙，优化界面平滑度，并增强钙钛矿的耐湿氧能力。这使得钙钛矿光伏器件可以在空气中加工，并将其PCE提升至25.18%。至关重要的是，几丁质聚合物形成的物理屏障及其化学螯合特性显著降低了铅泄漏风险。通过适当设计铅回收方案，这种使用几丁质的内部封装策略确保了钙钛矿光伏的环境兼容性和生物安全性。它同时缓解了环境问题并降低了这些器件的制造成本。

## 6 Conclusion and Prospect

### 6.1 Conclusion

本文全面综述了有机功能分子，特别是医药及其衍生物在钙钛矿光伏器件中的应用。它特别关注了医药添加剂在优化各种功能层性能方面的机理作用，建立了这些医药分子的清晰结构-功能关系。有机功能分子中某些常见官能团在钙钛矿太阳能电池（PSC）中的应用位点和作用机制已在相关研究中得到总结。具体而言，具有路易斯碱性质的有机功能分子容易与Pb²⁺配位，在钝化钙钛矿吸光层中的阴离子缺陷方面具有潜力。例如，双氰胺和多巴胺盐酸盐（含氨基）、PLGA和青蒿素（含酯基）以及扑米酮（含酰胺基）。具有路易斯酸官能团的有机功能分子倾向于与I^?相互作用，使其适用于抑制钙钛矿层中I^?的迁移和钝化阳离子缺陷。

此外，含有多功能基团能够同时结合Pb²⁺和金属氧化物的有机功能分子，可以在钙钛矿/传输层界面充当有效的界面桥梁。一个典型例子是肝素钠，它含有羧基和磺酸基团。含有氟原子或表现出显著疏水官能团的有机功能分子通常具有低表面能，使其适用于防潮/氧阻隔层，如FPD所示。值得注意的是，当添加剂分子中的多个官能团在功能层表面占据不同的相互作用位点时，这些官能团之间可能会发生协同效应，从而使额外的官能团带来益处。反之，如果这些基团与功能层发生竞争性相互作用，它们的增加可能不会带来优势。一些柔性分子链可以缓解界面处的残余应力，有助于改性晶体的结构稳定性，如壳聚糖和丙氨酸。具有高化学稳定性的分子组装体，如高牛磺酸，可以作为钙钛矿/传输层界面的载流子阻挡层，抑制界面氧化还原反应并阻碍反向载流子流动。此外，具有高化学稳定性和高密度路易斯碱基团的交联聚合物有机功能分子（例如TA-Ti⁴⁺）展现出作为封装层的潜力。这些材料形成致密的交联网络，并优先与水分子结合而非钙钛矿。

最后，有机功能分子的空间结构也显著影响其作为添加剂的有效性。计算模拟可以确定此类分子在钙钛矿表面上的最佳吸附构型，从而得出关键参数，包括吸附能、吸附位点数量以及有机功能分子在钙钛矿表面上的电子云密度。通常，更低（更负）的吸附能、更多的吸附位点和更高的电子云密度与分子与钙钛矿的更强相互作用相关，从而产生卓越的钝化效果。

### 6.2 Prospect

医药化学与钙钛矿光伏的跨学科融合蕴藏着巨大潜力。首先，大量的医药成分本身具有低毒性和生物可降解性，其应用可以减轻环境风险。其次，医药合成领域成熟的制造技术可以直接应用。在钙钛矿领域的应用不仅分担了自身技术研发的成本，还避免了钙钛矿光伏产业化过程中从零开始开发所需的大量投资。最后，医药分子完善的结构-功能关系为设计适用于钙钛矿应用的分子结构提供了合理的基础，从而避免了资源密集型的盲目筛选。

然而，有机功能添加剂在钙钛矿光伏中的整合仍然面临挑战。首先，有机功能分子的光热稳定性需要优化。其在极端天气条件下的功能完整性需要进一步研究。其次，尚未建立系统的有机功能分子筛选方法学。尽管有机功能分子提供了丰富的官能团多样性，包括许多已知具有钝化能力的类型，从而提供了广泛的筛选数据库，但其几何构型和官能团组合产生 multifuntional effects 显著增加了钙钛矿光伏器件中筛选的复杂性。

为了克服逐一实验验证的低效率问题，整合计算建模、实验数据分析和机器学习的高通量筛选方法代表了医药化学与钙钛矿光伏跨学科领域的关键未来发展方向。高通量筛选方法的核心流程包括：

### 1. Establish an organic functional molecule database, including the chemical structures and spatial configurations of organic functional molecules, the verified action sites and effects of organic functional molecules, and the computationally simulated interaction data between organic functional molecules and perovskites.

### 2. Construct a machine learning model for organic functional molecule screening.

### 3. Train and refine the model using data from the database.

### 4. Predict the effects of organic functional molecules and verify them through experiments.

在此框架下，计算建模、实验数据分析和机器学习均基于真实的实验和测试数据运行。结合高通量实验和测试（J-V、光致发光光谱、紫外-可见吸收光谱）的自动化系统，有助于这些数据集的可靠收集和精确反馈。此外，通过整合数据分析和机器学习，这些系统显著提高了效率：开发计算模型并随后应用于医药分子数据库。机器学习已被记录用于筛选钝化材料（界面和本体）以及优化薄膜制备工艺参数的应用。因此，全自动化高通量实验平台的发展有望从材料数据库中提取出分子结构与功能层之间相互作用的更深层规律。这种进展将能够预测性能更优异、更稳定的钙钛矿光伏器件。

最终，跨学科平台的建立和人才培养将成为推动医药化学与光伏技术跨学科领域发展的关键因素。