Adv. Sci：基于空穴传输材料分子设计获高效稳定钙钛矿太阳能电池

主要内容

近年来，钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于其在光电性能、热稳定性、高性价比的制备工艺和转换效率（PCE）等方面的进步，在可再生新能源技术领域引起了广泛的关注。钙钛矿基器件的PCE从2009年的3.8%达到2024年的26.1%，几乎能与商用硅基太阳能电池相媲美。然而，spiro-OMeTAD的大规模应用和商业化面临诸多限制，包括其合成过程繁琐、纯化程序复杂、成本高昂，以及空穴迁移率和电导率不足等问题。

在这篇文章中，东吴大学化学系（台北）林彥多副教授带领团队设计并合成了一系列基于5H‑二噻吩并[3,2‑b:2′,3′‑d]吡喃（DTP）的HTM，分别命名为Me-H、Ph-H、CF3-H、CF3-mF和CF3-oF用于PSC的制备。在研究了取代基对于 DTP 的 HTM 与钙钛矿界面能级、成膜特性、空穴提取和缺陷钝化效应的影响后，发现与带有两个甲基取代的HTM Me-H相比，带有两个苯基的HTM Ph-H表现出增强分子间的堆叠，从而提高电荷提取和传输效率，改善了薄膜形成使得Ph-H PSC器件PCE达到19.73%，高于Me-H器件的19.03%。

通过在苯基环上引入两个三氟甲基并在三苯胺单元上引入额外的氟原子（CF3系列），成功地降低了HTM的HOMO能级，使其与钙钛矿层的价带更好地匹配。这一改进不仅提高了成膜性能和空穴迁移率，还增强了钙钛矿薄膜界面处的缺陷钝化效果。因此，基于CF3-H、CF3-mF和CF3-oF的PSC器件，PCE分别提升至22.33%、23.41%和24.13%。

值得注意的是，基于CF3-oF的器件实现了最高的PCE，益于其更好的能级对准、更高的空穴提取效率和出色的薄膜形态特性。研究中发现大面积（1.00 cm²）含有CF3-oF的PSC效率达22.31%，表明该材料在大面积PSC应用中同样具有潜力。不仅为PSC制备中HTM的合理分子设计提供了一种提高效率和稳定性的有效策略，还为DTP基HTM的进一步开发和优化提供了有效的参考价值，推动PSC技术的持续进步和实际应用的发展。

文献信息

Judicious Molecular Design of 5H‑Dithieno[3,2‑b:2′,3′‑d]Pyran-based Hole-Transporting Materials for Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells

Kun-Mu Lee,Chia-Hui Lin,Chia-Chi Chang,Ting-Yu Yang,Wei-Hao Chiu,Wei-Chen Chu,Ya-Ho Chang,Sie-Rong Li,Shih-I Lu,Hsiao-Chi Hsieh,Kang-Ling Liau,Chia Hui Hu,Chih-Hung Chen,Yun-Shuo Liu,Wei-Chun Chou,Mandy M. Lee,Shih-Sheng Sun,Yu-Tai Tao,Yan-Duo Lin

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202410666