华东理工大学吴永真、朱为宏《德国应化》：新型太阳电池空穴传输材料研究学术资讯

来源：材料科学前沿

近期，德国化学会知名学术刊物Angew. Chem. Int. Ed.在线报道了华东理工大学吴永真和朱为宏教授课题组在钙钛矿太阳电池空穴传输材料领域最新研究成果，论文题为: “Coplanar π-Extended Quinoxaline Based Hole-Transporting Material Enabling over 21% Efficiency for Dopant-Free Perovskite Solar Cells（DOI: 10.1002/anie.202013128）”。

钙钛矿太阳电池具有光电转化效率高、材料与器件制备成本低等优势，在新型光伏领域受到极大关注。钙钛矿电池中空穴传输层对于提取传输空穴、阻止电子复合及保护钙钛矿免受外界水、氧侵蚀都起到重要作用。目前应用最广泛的空穴传输材料（HTM）是Spiro-OMeTAD，但由于其本征空穴迁移率较低，通常需要引入吸水性掺杂剂，如锂盐和对叔丁基吡啶等。这种化学掺杂的HTM不仅增加了器件制备难度，而且不利于长期稳定性。因此，发展具有高迁移率、无需掺杂的HTM对于提升钙钛矿电池稳定性意义重大。

近年来，吴永真和朱为宏教授课题组在新型空穴传输材料分子设计、合成与器件应用研究领域取得了一系列创新成果（Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 3784, Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 15721, Chem. Sci., 2018, 9, 5919, Adv. Energy Mater., 2019, 9, 1803573, Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1909509）。

最近，他们通过在喹喔啉吡嗪环上合理的拓展共轭结构提出一种共平面π延伸策略，该策略能够有效调控HTM的分子堆积与分子间相互作用，实现了较高的薄膜空穴迁移率并成功制备了高性能非掺杂钙钛矿太阳电池。

在吡嗪环上引入不同噻吩基取代基后，所得HTM TQ3和TQ4显示出完全不同的分子排列以及电荷传输能力。单晶分析表明共平面π延伸的喹喔啉有着明显的π-π堆积以及更丰富的分子间相互作用。测试了两种材料的薄膜空穴迁移率，结合荧光光谱和荧光寿命测试证实了共平面π延伸策略能够提升HTM的空穴提取及传输性能。

基于非掺杂HTM-TQ4的钙钛矿电池效率达到21.03%，优于Spiro-OMeTAD以及TQ3。此外，当覆盖一层掺杂的Spiro-OMeTAD时，钙钛矿薄膜立即出现了其相应的水合物并加速钙钛矿的降解，而非掺杂HTM覆盖的钙钛矿薄膜非常稳定。长时间老化测试也表明基于非掺杂TQ4的器件具有优异的长期稳定性。该工作为设计新型HTM并实现高效稳定非掺杂钙钛矿电池提供新的思路。

文章的通讯作者为吴永真教授，第一作者为硕士研究生郭焕鑫，该研究工作得到了朱为宏教授和田禾院士的悉心指导，并得到了材料生物学与动态化学教育部前沿科学中心、基金委优秀青年科学基金、上海市重大科技专项等项目资助。

来源：华东理工大学

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