华东理工大学钙钛矿太阳能电池空穴传输材料研究新成果

近日，我校特聘教授吴永真和朱为宏教授在钙钛矿太阳能电池空穴传输材料(HTMs)领域取得研究进展，相关研究工作“Low cost and stable quinoxaline-based hole-transporting materials with a D–A–D molecular configuration for efficient perovskite solar cells”被国际知名化学期刊Chemical Science在线报道。

钙钛矿太阳能电池的空穴传输层能够促进光生电荷的提取和收集，并保护吸光层。目前，钙钛矿太阳能电池器件中常用的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)，其昂贵的成本是制约钙钛矿太阳能电池实际应用的瓶颈之一。部分研究工作表明，将复杂的螺芴核替换成简单的π桥连，构建给体-π桥连-给体(D-π-D)型HTM，可以简化合成路线，降低成本。然而，π桥连的富电子性会抬高分子HOMO能级，降低其本征稳定性。研究人员通过引入弱吸电子的喹喔啉单元，构建给体—受体—给体(D-A-D)型HTM，合理调控HTM的HOMO能级，优化钙钛矿太阳能电池器件界面能带排布。与spiro-OmetaD相比，这种D-A-D型的HTM分子具有更好的光稳定性，热分解温度提升了30°C ，合成成本降低了30倍。以噻吩取代的HTM分子TQ2制备的钙钛矿太阳能电池器件取得了19.62%的光电转换效率，优于参比化合物spiro-OmetaD(18.54%)以及苯环取代的HTM分子TQ1(14.27%)。荧光寿命表征以及导电率测试表明噻吩取代的HTM分子有更好的空穴提取和传输能力。研究人员进一步通过单晶分析发现TQ2分子间存在S---S以及S---π相互作用，缩短了分子间三苯胺单元的距离，增加了空穴传输通道。该工作为设计低成本、高性能的钙钛矿太阳能电池空穴传输层提供了新思路。

该论文由博士生张浩在朱为宏和吴永真的共同指导下完成，得到了田禾院士的悉心指导。相关工作得到了基金委创新研究群体项目、国家自然科学基金重点项目、上海市东方学者人才计划、中国化学会“青年人才托举工程”和中央高校基本科研专项资金等科研项目的资助。