近日，華東理工大學(xué)特聘教授吳永真和朱為宏教授在鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸材料（HTMs）領(lǐng)域取得研究進展，相關(guān)研究工作“Low cost and stable quinoxaline-based hole-transporting materials with a D–A–D molecular configuration for efficient perovskite solar cells”被國際知名化學(xué)期刊Chemical Science在線報道。

 

       鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層能夠促進光生電荷的提取和收集，并保護吸光層。目前，鈣鈦礦太陽能電池器件中常用的HTM是2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)，其昂貴的成本是制約鈣鈦礦太陽能電池實際應(yīng)用的瓶頸之一。部分研究工作表明，將復(fù)雜的螺芴核替換成簡單的π橋連，構(gòu)建給體-π橋連-給體(D-π-D)型HTM，可以簡化合成路線，降低成本。然而，π橋連的富電子性會抬高分子HOMO能級，降低其本征穩(wěn)定性。研究人員通過引入弱吸電子的喹喔啉單元，構(gòu)建給體—受體—給體(D-A-D)型HTM，合理調(diào)控HTM的HOMO能級，優(yōu)化鈣鈦礦太陽能電池器件界面能帶排布。與spiro-OMeTAD相比，這種D-A-D型的HTM分子具有更好的光穩(wěn)定性，熱分解溫度提升了30°C ，合成成本降低了30倍。以噻吩取代的HTM分子TQ2制備的鈣鈦礦太陽能電池器件取得了19.62%的光電轉(zhuǎn)換效率，優(yōu)于參比化合物spiro-OMeTAD(18.54%)以及苯環(huán)取代的HTM分子TQ1(14.27%)。熒光壽命表征以及導(dǎo)電率測試表明噻吩取代的HTM分子有更好的空穴提取和傳輸能力。研究人員進一步通過單晶分析發(fā)現(xiàn)TQ2分子間存在S---S以及S---π相互作用，縮短了分子間三苯胺單元的距離，增加了空穴傳輸通道。該工作為設(shè)計低成本、高性能的鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸層提供了新思路。
 

 

       該論文由博士生張浩在朱為宏和吳永真的共同指導(dǎo)下完成，得到了田禾院士的悉心指導(dǎo)。相關(guān)工作得到了基金委創(chuàng)新研究群體項目、國家自然科學(xué)基金重點項目、上海市東方學(xué)者人才計劃、中國化學(xué)會“青年人才托舉工程”和中央高校基本科研專項資金等科研項目的資助。