近日，華東理工大學特聘教授吳永真和朱為宏教授在鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸材料（HTMs）領域取得研究進展，相關研究工作“Low cost and stable quinoxaline-based hole-transporting materials with a D–A–D molecular configuration for efficient perovskite solar cells”被國際知名化學期刊Chemical Science在線報道。

 

       鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層能夠促進光生電荷的提取和收集，并保護吸光層。目前，鈣鈦礦太陽能電池器件中常用的HTM是2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)，其昂貴的成本是制約鈣鈦礦太陽能電池實際應用的瓶頸之一。部分研究工作表明，將復雜的螺芴核替換成簡單的π橋連，構建給體-π橋連-給體(D-π-D)型HTM，可以簡化合成路線，降低成本。然而，π橋連的富電子性會抬高分子HOMO能級，降低其本征穩定性。研究人員通過引入弱吸電子的喹喔啉單元，構建給體—受體—給體(D-A-D)型HTM，合理調控HTM的HOMO能級，優化鈣鈦礦太陽能電池器件界面能帶排布。與spiro-OMeTAD相比，這種D-A-D型的HTM分子具有更好的光穩定性，熱分解溫度提升了30°C ，合成成本降低了30倍。以噻吩取代的HTM分子TQ2制備的鈣鈦礦太陽能電池器件取得了19.62%的光電轉換效率，優于參比化合物spiro-OMeTAD(18.54%)以及苯環取代的HTM分子TQ1(14.27%)。熒光壽命表征以及導電率測試表明噻吩取代的HTM分子有更好的空穴提取和傳輸能力。研究人員進一步通過單晶分析發現TQ2分子間存在S---S以及S---π相互作用，縮短了分子間三苯胺單元的距離，增加了空穴傳輸通道。該工作為設計低成本、高性能的鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸層提供了新思路。
 

 

       該論文由博士生張浩在朱為宏和吳永真的共同指導下完成，得到了田禾院士的悉心指導。相關工作得到了基金委創新研究群體項目、國家自然科學基金重點項目、上海市東方學者人才計劃、中國化學會“青年人才托舉工程”和中央高校基本科研專項資金等科研項目的資助。