一步合成廉价高效的咔唑基钙钛矿太阳能电池空穴传输材料

近年来，有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池因具有独特的性质引起了研究者的广泛关注，相关研究工作被Science 杂志评为2013年十大科技突破之一。目前这种新型太阳能电池已经表现出大于22%的高光电转换效率（PCE），还具有成本低、工艺简单以及可制备柔性电池等一系列优点，有望对整个太阳能科学与技术行业以及人类经济和社会生活产生巨大的影响。

对于钙钛矿太阳能电池而言，空穴传输材料对器件效率和稳定性具有极为重要的影响。然而，目前普遍使用的空穴传输材料如spiro-OMeTAD、PTAA等普遍存在合成和提纯困难、成本高昂等一系列缺点，严重阻碍了钙钛矿光伏技术的商业推广。因此，设计一种合成简单、纯化方便、成本低廉、性能优越的空穴传输材料对钙钛矿太阳能电池的发展具有极为重要的意义。

近日，南京理工大学的唐卫华教授和美国托莱多大学的鄢炎发教授课题组合作，在Nano Energy 上发表文章，他们以价格低廉的咔唑原料作为母核，通过一步简单的Suzuki偶联反应获得了一种高效的空穴传输材料CZ-TA，其合成成本仅为spiro-OMeTAD的1/20。在器件优化的过程中，研究者发现CZ-TA只需50 nm的厚度即可达到效率的最大值，而spiro-OMeTAD则需要200 nm左右，这也使得单位器件上使用CZ-TA的成本仅为spiro-OMeTAD的1/80。该论文共同第一作者为尹新星、关蕾和俞江升。

图1. CZ-TA的合成路线图

以CZ-TA为空穴传输层的器件效率达了18.32%，而同样条件下制备的基于spiro-OMeTAD的参照器件的效率则为18.28%。

图2. 器件界面的SEM图与器件的J-V曲线图

值得一提的是，基于CZ-TA的器件表现出高达81.0%的填充因子（FF），远高于spiro-OMeTAD的77.1%。为了探究其原因，作者进行了理论计算、荧光淬灭及时间分辨荧光光谱、短路电流与光强关系、空穴迁移率等一系列测试，所有数据都表明CZ-TA比spiro-OMeTAD更有利于空穴的传输和分离。

图3.（a）荧光和（b）时间分辨荧光光谱；（c）短路电流与光强的关系；（d）SCLC空穴迁移率

该工作通过一步反应获得一种廉价高效的有机小分子空穴传输材料，基于其钙钛矿太阳能电池获得了18.32%的转化效率和高达81%的填充因子，具有很大的应用潜力。

该论文作者为：Xinxing Yin, Lei Guan, Jiangsheng Yu, Dewei Zhao, Changlei Wang, Niraj Shrestha, Yingbin Han, Qiaoshi An, Jie Zhou, Baojing Zhou, Yue Yu, Corey R. Grice, Rasha Abbas Awni, Fujun Zhang, Jianbo Wang, Randy J. Ellingson, Yanfa Yan, Weihua Tang

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点击这里访问）：

One-step facile synthesis of a simple carbazole-cored hole transport material for high-performance perovskite solar cells

Nano Energy, 2017, 40, 163, DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.08.016