华东理工大学化学与分子工程学院吴永真

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近日，华东理工大学化学与分子工程学院吴永真特聘教授和朱为宏教授在钙钛矿太阳能电池空穴传输材料 （HTMs） 领域取得进展，相关研究工作 “ Low cost and stable quinoxaline-based hole-transporting materials with a D–A–D molecular configuration for efficient perovskite solar cells ” 被国际知名化学期刊《 Chemical Science 》在线报道。

钙钛矿太阳能电池的空穴传输层能够促进光生电荷的提取和收集，并保护吸光层。目前，钙钛矿太阳能电池器件中常用的 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) ，其昂贵的成本是制约钙钛矿太阳能电池实际应用的瓶颈之一。部分研究工作表明，将复杂的螺芴核替换成简单的 π 桥连，构建给体 -π 桥连 - 给体 (D-π-D) 型 HTM ，可以简化合成路线，降低成本。然而， π 桥连的富电子性会抬高分子 HOMO 能级，降低其本征稳定性。研究人员通过引入弱吸电子的喹喔啉单元，构建给体 - 受体 - 给体 (D-A-D) 型 HTM ，合理调控 HTM 的 HOMO 能级，优化钙钛矿太阳能电池器件界面能带排布。与spiro-OMeTAD 相比，这种 D-A-D 型的 HTM 分子具有更好的光稳定性，热分解温度提升了 30 o C ，合成成本降低了 30 倍。以噻吩取代的 HTM 分子 TQ2 制备的钙钛矿太阳能电池器件取得了 19.62% 的光电转换效率，优于参比化合物 spiro-OMeTAD(18.54%) 以及苯环取代的 HTM 分子 TQ1(14.27%) 。荧光寿命表征以及导电率测试表明噻吩取代的 HTM 分子有更好的空穴提取和传输能力。进一步通过单晶分析发现 TQ2 分子间存在 S---S 以及 S---π 相互作用，缩短了分子间三苯胺单元的距离，增加了空穴传输通道。该工作为设计低成本、高性能的钙钛矿太阳能电池空穴传输层提供了新思路。

该论文由博士生张浩在朱为宏教授和吴永真特聘教授的共同指导下完成，得到了田禾院士的悉心指导。相关工作得到了基金委创新研究群体项目、国家自然科学基金重点项目、上海市东方学者人才计划、中国化学会“青年人才托举工程”和中央高校基本科研专项资金等科研项目的资助。