新型钙钛矿太阳能电池的效率达到21%

在钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿光吸收层夹在两个电荷传输层之间，该电荷传输层收集所产生的空穴和电子并将其传输至电极。这些电荷传输层提高了电池的功率转换效率，并对维持空气稳定性至关重要。最先进的空穴传输层由称为spiro-OmetaD的有机材料组成。然而，为了促进电荷的平稳移动，他们需要吸湿性添加剂作为掺杂剂，这降低了钙钛矿在潮湿空气中的稳定性。

耐用、高性能的钙钛矿太阳能电池也需要耐用、高性能的电荷传输层。华东理工大学的科学家们开发出了第一种不需要掺杂剂就能达到高电荷迁移率和稳定性的有机空穴传输层，这种新型孔传输层的性能优于参考材料，并能保护钙钛矿电池免受空气湿度的影响。研究结果发表在《Angewandte Chemie》杂志上。

华东理工大学的科学家们研究了扁平的、芳香的、含氮的化合物，即喹喔啉作为空穴传输层。科学家们制备了两种新型的喹喔啉，它们含有额外的含硫实体，称为噻吩。其想法是，含噻吩结构的能级与钙钛矿层的能级相匹配，并能高效地提取空穴。

在其中一种喹喔啉中，噻吩能够或多或少地自由旋转，而在另一种喹喔啉中，噻吩是融合的，不能旋转。两种喹喔啉都形成了薄薄的结晶膜，是良好的空穴提取器，但只有那些融合了噻吩环的喹喔啉形成了良好的堆叠结晶层。

科学家们观察到，含有新型空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池的功率转换效率超过21%。这些电池的性能优于含有掺杂的spiro-OmetaD的电池。此外，用新材料制成的器件比含有掺杂材料的器件更加耐用。不含掺杂剂的器件 "在30天内保持了深色和均匀的光泽外观"，而含掺杂spiro-OmetaD的器件 "明显褪色"。含喹喔啉的钙钛矿太阳能电池还能抵抗潮湿的空气。

论文标题为《A Coplanar πExtended Quinoxaline based HoleTransporting Material Enabling over 21% Efficiency for DopantFree Perovskite Solar Cells》，发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。