科學家「裁剪」出新型鈣鈦礦太陽電池空穴傳輸材料

近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員郭鑫和中科院院士李燦團隊，在鈣鈦礦太陽電池空穴傳輸材料的開發方面取得新進展，相關研究成果發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，並被選為VIP（Very Important Paper）論文。

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽電池因其較高的光電轉換效率受到廣泛關注，其中空穴傳輸材料（HTM）在提升器件效率方面發揮著重要作用。目前應用最為廣泛的HTM是Sprio-OMeTAD，但該分子的對稱性較高，易於結晶而導致其薄膜穩定性差且存在針孔缺陷，這不僅降低了器件的穩定性，還不適用於大面積器件的製備，極大限制了其在鈣鈦礦太陽電池中的應用。

為解決Sprio-OMeTAD的上述問題，在前期工作的基礎上（Nano Energy, Small, Solar RRL），該團隊基於「降低分子對稱性，提高薄膜形態穩定性」的思想，從原來Sprio-OMeTAD的內核「裁剪」出低對稱的新螺環核——螺茚，外圍結合咔唑類樹枝單元，成功合成了新型空穴傳輸分子Spiro-I。相比於准球形的Sprio-OMeTAD，該新分子呈現V型結構和更低的分子對稱性，因此分子的結晶傾向被有效抑制，同時更容易形成無針孔的高質量薄膜。將Spiro-I作為HTM製備鈣鈦礦太陽電池，在大面積器件和器件穩定性方面的表現均優於經典材料Sprio-OMeTAD。此外，該分子合成成本更低，器件加工過程中使用量少，有利於降低電池的整體成本。這一工作為製備高效、穩定、低成本的鈣鈦礦太陽電池提供了新的空穴傳輸材料，也為空穴傳輸材料的分子設計提供了新思路，將有助於推動鈣鈦礦太陽電池的進一步發展。

另外，該團隊一直致力於新型光伏器件載流子傳輸層及其界面修飾的研究工作，除了此次開發的鈣鈦礦太陽電池空穴傳輸材料，他們還報道過多種有機太陽電池的電子和空穴傳輸材料，並取得了優異的器件性能（J. Mater. Chem. A, J. Mater. Chem. A, Org. Electron., J. Mater. Chem. A, ACS Appl. Mater. Interfaces）。這些工作有助於大連化物所在具有自主知識產權的新型光伏技術所需關鍵材料體系方面的進一步發展。

上述研究工作得到「千人計劃」青年項目、國家自然科學基金、兩所融合基金以及博士後基金等的資助。

大連化物所「裁剪」出新型鈣鈦礦太陽電池空穴傳輸材料

來源：中國科學院大連化學物理研究所

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