南工大殷成蓉副研究员课题组：非共轭聚合物作为高效非掺杂空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池的新进展
有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其制备工艺简单、成本低廉、高效率等优势得到广泛的关注。短短的几年时间，PSCs的光电转换效率已经超过22%，成为当今光伏领域最重要的研究热点之一。在高效的传统n-i-p 型 PSCs 中，空穴传输材料（HTMs）作为钙钛矿晶体和金属电极之间重要的界面层，在促进空穴的提取、传输以及抑制钙钛矿和HTMs界面处的载流子复合等方面起着非常重要的作用，可以显著地地提高器件的性能。一系列小分子和聚合物HTMs也相继被合成和报道，例如螺环类、咔唑类和噻吩类小分子HTMs、聚三芳胺（PTAAs）等。然而大部分所报道的有机HTMs 往往需要掺杂4-叔丁基吡啶、有机锂盐和钴的配合物等添加剂来改善其迁移率，从而获得较高的器件性能。然而这些添加剂不仅使器件的制备过程更加复杂化，且对PSCs的稳定性和寿命有不利影响。因此，发展低成本的非掺杂HTMs对推进PSCs技术未来的商业应用尤为重要。目前所报道的D-A共轭型和三苯胺类非掺杂HTMs仍然需要较高成本的原材料、多步合成路线或复杂的提纯步骤。除此之外，D-A共轭聚合物的刚性共轭主链会影响其溶解性，导致这类HTMs不太容易形成较薄的高质量的薄膜。 另一方面目前报道的低成本且PSCs效率高于16%的非掺杂HTMs仍然比较少。因此，有必要进一步开发新的策略、设计低成本的非掺杂HTMs实现高性能PSCs应用，特别是可具有溶解性好、室温条件下加工、有希望应用于柔性PSCs的非掺杂聚合物HTMs。
南京工业大学IAM 团队殷成蓉副研究员课题组提出了一个设计非掺杂HTMs的新策略即将非共轭聚乙烯柔性主链与咔唑类空穴传输侧链的结合，构筑新型非共轭聚合物PVCz-OMeDAD作为非掺杂HTMs应用于PSCs。该类聚合物合成原料成本低廉，合成步骤产率高。PVCz-OMeDAD中柔性非共轭聚乙烯链的引入一方面赋予该类聚合物良好的溶解性和成膜性，另一方面可以促进甲氧基二苯胺取代的咔唑侧链基团之间的堆积，从而有效地改善其空穴迁移率。该类非共轭聚合物具有好的溶解性和成膜性、合适的HOMO 和LUMO 能级以及较高的空穴迁移率，使得这类非共轭聚合物可作为非掺杂的HTM应用于PSCs中。其中PVCz-OMeDAD 的超薄薄膜（≈30 nm）作为 n-i-p 介孔型 PSCs 的非掺杂 HTM 显示出短路电流密度（Jsc）为21.96 mA/cm2、开路电压（Voc）为1.085V、填充因子（FF）为67.5%、功率转换效率（PCE）为16.09%。结果表明这类材料具有未来应用于低成本大规模柔性PSCs的潜力。
论文链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.201700584/full
来源：南京工业大学先进材料研究院
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