Advanced Functional Materials:基于大缺电子稠环的非掺杂空穴传输材料及高效钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池 (PSCs)近年来发展迅速,吸引了研究人员和光伏产业界的广泛关注。目前高效率钙钛矿太阳能电池中通常采用昂贵的spiro-OMeTAD作为空穴传输材料 (HTMs),但spiro-OMeTAD自身空穴迁移率低,导电性差,必需采用锂盐、钴盐、叔丁基吡啶等进行掺杂,而这些亲水性掺杂剂的引入不仅会损害电池的稳定性,也增加了电池制备的复杂度和成本,因此开发非掺杂型HTMs成为了PSCs产业化的关键因素之一。

近日,嘉兴学院中澳先进材料与制造研究院尹新星、李在房课题组和桂林理工大学化学与生物工程学院海杰峰课题组合作,报道了以缺电子大稠环单元作为中心核,三苯胺单元作为端基的新型HTM分子Y6-T和Y-T。由于对HTMs进行掺杂的目的在于提高其空穴迁移率,因此通过分子设计实现自身空穴迁移率的提高显得尤为重要。其中,一种有效的策略是增加分子的共轭长度,以大平面型共轭单元为核心,利用其更强的分子间作用力以及更加紧密的π-π堆积来实现空穴迁移率的提升。另一种策略是引入吸电子单元构建D-A结构,促进分子内电荷转移和离域,以提升电荷传输。研究者将这两种有效策略结合,同时借鉴有机光伏中明星受体Y6的分子骨架,以缺电子的共轭大稠环-双并噻吩并吡咯并苯并噻二唑(BTP)为核心,三苯胺为端基,噻吩为π桥联单元设计合成了两个HTM分子Y6-T和Y-T。其中基于非掺杂Y-T的钙钛矿太阳能电池效率为20.29%,高于基于掺杂spiro-OMeTAD(19.24%)和非掺杂Y6-T的器件(18.82%),且稳定性良好。这项工作为非掺杂HTM材料的设计提供了新的思路。

海杰峰副教授、吴浩和尹新星博士为本文的共同第一作者。嘉兴学院尹新星博士和李在房教授为论文共同通讯作者。

论文信息:

Dopant-Free Hole Transport Materials Based on a Large Conjugated Electron-Deficient Core for Efficient Perovskite Solar Cells

Jiefeng Hai, Hao Wu, Xinxing Yin,* Jiaxing Song, Lin Hu, Yingzhi Jin, Ling Li, Zhen Su, Zhiguang Xu, Hao Wang, and Zaifang Li*

Advanced Functional Materials

DOI: 10.1002/adfm.202105458

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202105458