《化學(xué)科學(xué)》報(bào)道鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸材料研究新成果
時(shí)間：2021-04-06 10:48:29學(xué)院：化學(xué)與分子工程學(xué)院學(xué)校：華東理工大學(xué)
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近日，我校吳永真特聘教授和朱為宏教授在鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸材料（HTMs）領(lǐng)域取得進(jìn)展，相關(guān)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(guó)際知名化學(xué)期刊《Chemical Science》在線報(bào)道。
鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層能夠促進(jìn)光生電荷的提取和收集，并保護(hù)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(shí)際應(yīng)用的瓶頸之一。部分研究工作表明，將復(fù)雜的螺芴核替換成簡(jiǎn)單的π橋連，構(gòu)建給體-π橋連-給體(D-π-D)型HTM，可以簡(jiǎn)化合成路線，降低成本。然而，π橋連的富電子性會(huì)抬高分子HOMO能級(jí)，降低其本征穩(wěn)定性。研究人員通過引入弱吸電子的喹喔啉單元，構(gòu)建給體-受體-給體(D-A-D)型HTM，合理調(diào)控HTM的HOMO能級(jí)，優(yōu)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(wěn)定性，熱分解溫度提升了30 oC，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(zhuǎn)換效率，優(yōu)于參比化合物spiro-OMeTAD(18.54%)以及苯環(huán)取代的HTM分子TQ1(14.27%)。熒光壽命表征以及導(dǎo)電率測(cè)試表明噻吩取代的HTM分子有更好的空穴提取和傳輸能力。進(jìn)一步通過單晶分析發(fā)現(xiàn)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(shè)計(jì)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教授和吳永真特聘教授的共同指導(dǎo)下完成，得到了田禾院士的悉心指導(dǎo)。相關(guān)工作得到了基金委創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、上海市東方學(xué)者人才計(jì)劃、中國(guó)化學(xué)會(huì)“青年人才托舉工程”和中央高?；究蒲袑ｍ?xiàng)資金等科研項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/SC/C8SC00731D#!divAbstract
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