钙钛矿太阳电池中有机空穴传输材料的研究再获进展

　　近期，应用技术研究所孔凡太研究团队在钙钛矿太阳电池中有机小分子空穴传输材料的研究取得新进展，该工作对开发新型高效廉价空穴传输材料具有重要意义，相关研究结果分别发表在ACS Appl. Mater. & Interfaces 及 Chem Commun（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 27657； Chem. Commun., 2017, 53, 9558）。

　　空穴传输材料在钙钛矿太阳电池中起着传输空穴，保护钙钛矿层等重要作用。近年来有机小分子类空穴传输材料已经被证明在钙钛矿太阳电池中有非常好的应用潜力。目前应用最广泛的此类材料是spiro-OMeTAD，但是其合成步骤复杂、成本很高，且相对稳定性较差限制了其的应用。

　　之前课题组开发了三种不同桥的小分子空穴传输材料（Dyes and Pigments 2017, 139, 129）。研究发现随着共轭桥稠合度的增加，分子的吸收红移，HOMO能级降低，热稳定性增加，空穴迁移率明显增高，最终使电池性能提升。在此基础上，课题组进一步开发了三种基于苯-三苯胺的空穴传输材料，通过控制臂数而研究其对钙钛矿太阳电池的影响。随着臂数的增加，吸收光谱蓝移，空穴迁移率逐渐升高，但是基于三个臂的材料HOMO能级最低。在制备这三种材料时，科研人员发现基于两个臂和四个臂的材料在常用溶剂中溶解性较差。进一步通过SEM和AFM测试研究三种材料的成膜性能。如图所示，基于三个臂的材料成膜性远高于另两种材料。当应用到钙钛矿太阳电池器件中（图4），发现由于较低的HOMO能级，合适的空穴迁移率和较好的成膜性能，使基于三个臂的材料器件性能最好。

　　相应的成果在线发表在美国化学会ACS Applied Materials & Interfaces上。相关链接如下：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b06193?journalCode=aamick&quickLinkVolume=9&quickLinkPage=27657&selectedTab=citation&volume=9

　　另一方面，由于蒽结构良好的载流子迁移率和稳定性，其已广泛应用到OLED中。因此，课题组第一次将基于蒽结构的空穴传输材料引入到钙钛矿太阳电池中。科研人员进一步研究延分子长共轭桥对钙钛矿太阳电池的影响。首先通过计算发现延长桥的分子端基与桥的位阻减小，实验发现延长分子桥能使吸收蓝移，HOMO能级降低，空穴迁移率升高；在制备这两种材料过程中，发现延长共轭桥的分子在常见溶剂中的溶解性远远高于未延长的分子。AFM研究发现延长桥能使分子成膜性能显著提升。因此，科研人员认为较低的HOMO能级、较高的空穴迁移率和较好的成膜性使基于延长桥的分子器件性能较好。

　　该工作发表在英国化学会Chemical Communications上。文章链接为：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/cc/c7cc03444j#!divAbstract

　　该系列工作得到国家重点基础研究发展计划、安徽省自然科学基金项目、国家自然科学基金、中伊丝路科学基金项目等资助。