鈣鈦礦太陽電池中有機空穴傳輸材料的研究再獲進展

　　近期，應用技術研究所孔凡太研究團隊在鈣鈦礦太陽電池中有機小分子空穴傳輸材料的研究取得新進展，該工作對開發新型高效廉價空穴傳輸材料具有重要意義，相關研究結果分別發表在ACS Appl. Mater. & Interfaces 及 Chem Commun（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 27657； Chem. Commun., 2017, 53, 9558）。

　　空穴傳輸材料在鈣鈦礦太陽電池中起著傳輸空穴，保護鈣鈦礦層等重要作用。近年來有機小分子類空穴傳輸材料已經被證明在鈣鈦礦太陽電池中有非常好的應用潛力。目前應用最廣泛的此類材料是spiro-OMeTAD，但是其合成步驟復雜、成本很高，且相對穩定性較差限制了其的應用。

　　之前課題組開發了三種不同橋的小分子空穴傳輸材料（Dyes and Pigments 2017, 139, 129）。研究發現隨著共軛橋稠合度的增加，分子的吸收紅移，HOMO能級降低，熱穩定性增加，空穴遷移率明顯增高，最終使電池性能提升。在此基礎上，課題組進一步開發了三種基于苯-三苯胺的空穴傳輸材料，通過控制臂數而研究其對鈣鈦礦太陽電池的影響。隨著臂數的增加，吸收光譜藍移，空穴遷移率逐漸升高，但是基于三個臂的材料HOMO能級最低。在制備這三種材料時，科研人員發現基于兩個臂和四個臂的材料在常用溶劑中溶解性較差。進一步通過SEM和AFM測試研究三種材料的成膜性能。如圖所示，基于三個臂的材料成膜性遠高于另兩種材料。當應用到鈣鈦礦太陽電池器件中（圖4），發現由于較低的HOMO能級，合適的空穴遷移率和較好的成膜性能，使基于三個臂的材料器件性能最好。

　　相應的成果在線發表在美國化學會ACS Applied Materials & Interfaces上。相關鏈接如下：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b06193?journalCode=aamick&quickLinkVolume=9&quickLinkPage=27657&selectedTab=citation&volume=9

　　另一方面，由于蒽結構良好的載流子遷移率和穩定性，其已廣泛應用到OLED中。因此，課題組第一次將基于蒽結構的空穴傳輸材料引入到鈣鈦礦太陽電池中。科研人員進一步研究延分子長共軛橋對鈣鈦礦太陽電池的影響。首先通過計算發現延長橋的分子端基與橋的位阻減小，實驗發現延長分子橋能使吸收藍移，HOMO能級降低，空穴遷移率升高；在制備這兩種材料過程中，發現延長共軛橋的分子在常見溶劑中的溶解性遠遠高于未延長的分子。AFM研究發現延長橋能使分子成膜性能顯著提升。因此，科研人員認為較低的HOMO能級、較高的空穴遷移率和較好的成膜性使基于延長橋的分子器件性能較好。

　　該工作發表在英國化學會Chemical Communications上。文章鏈接為：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/cc/c7cc03444j#!divAbstract

　　該系列工作得到國家重點基礎研究發展計劃、安徽省自然科學基金項目、國家自然科學基金、中伊絲路科學基金項目等資助。