兰州大学唐瑜/曹靖课题组实现了无掺杂高质量铜酞菁空穴传输薄膜的制备

    兰州大学唐瑜/曹靖课题组通过4-叔丁基吡啶辅助成膜策略，实现了无掺杂高质量铜酞菁空穴传输薄膜的制备。最终制备的小面积铅基钙钛矿太阳能电池实现了19.0%的最佳光电转化效率；通过刮涂工艺制备的钙钛矿太阳能模组器件（活性面积为8平方厘米）实现了10.1%的最佳效率。

经过10多年的发展，具有廉价、操作工艺简单等优势的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已超过25%，接近商用硅基太阳能电池。钙钛矿太阳能电池的基本结构是钙钛矿层夹在电子传输层和空穴传输层之间形成的三明治结构，其中常用的Spiro-OMeTAD空穴传输材料造价昂贵且需要掺杂修饰，严重制约了高效稳定的钙钛矿太阳能电池器件的有效制备。

廉价稳定的铜酞菁配合物替代常用的Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料是一种非常好的选择。但铜酞菁配合物溶解性较差，一般需要利用造价昂贵的热蒸镀技术进行薄膜制备。而且为了提高电池的性能，还需要通过掺杂修饰提高导电性。因此开发廉价、稳定、无掺杂的铜酞菁配合物空穴传输薄膜制备仍然是一大难题。

唐瑜和曹靖教授等设计合成了一种可溶性铜酞菁空穴传输材料，具有合成简单、易于大规模制备等优点。通过发展的4-叔丁基吡啶辅助成膜策略（图1），实现了高质量铜酞菁薄膜的制备。具体为：通过4-叔丁基吡啶掺杂辅助溶液法制备了高质量铜酞菁薄膜，进一步通过加热除去薄膜中残余的4-叔丁基吡啶，实现了无掺杂空穴传输薄膜的有效制备。最终制备的小面积铅基钙钛矿太阳能电池实现了19.0%的最佳光电转化效率，通过刮涂工艺制备的钙钛矿太阳能模组器件（活性面积为8 cm²）实现了10.1%的最佳效率，未封装电池器件在85^oC下、1000小时后仍然能够保持最初效率的80%以上。此外，组装的锡基钙钛矿太阳能电池实现了6.9%的最佳效率，且表现出优异的稳定性。

图1（a, b）空穴传输体结构式及其克级制备；（c）4-叔丁基吡啶辅助成膜策略 

该成果以“4-Tert-butyl pyridine-assisted low-cost and soluble copper phthalocyanine as dopant-free hole transport layer for efficient Pb- and Sn-based perovskite solar cells”为题，最新在线发表于Science China Chemistry（doi:10.1007/s11426-020-9725-3）。点击左下角“阅读原文”或扫描下方二维码可免费阅读和下载全文。

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作者简介

曹靖，兰州大学化学化工学院青年研究员，硕士生导师。2017年于厦门大学获得无机化学专业理学博士学位，导师郑南峰教授。2017年10月加入兰州大学化学化工学院。入选2018-2020化学会“青年人才托举工程”计划以及甘肃省“青年人才托举工程”计划。目前为止以通讯作者或第一作者在J. Am. Chem. Soc.、 Adv. Mater.、Sci. China Chem.等学术期刊上发表30余篇学术论文。研究方向：卟啉/酞菁金属配合物合成以及新型太阳能电池组装研究。

唐瑜，兰州大学化学化工学院教授、博士生导师。1993年毕业于兰州大学化学系获学士学位，1999年在兰州大学获理学博士学位后留校任教，历任讲师、副教授，2007年晋升为教授。2010年入选甘肃省首批领军人才，2016年入选甘肃省飞天学者特聘教授，2018年入选国务院特殊津贴专家，2019年入选长江学者特聘教授。曾获甘肃省高等学校教学名师奖，兰州大学 “我最喜爱的十大教师”荣誉称号，宝钢优秀教师奖，霍英东基金会高等院校青年教师奖，甘肃省高校青年教师成才奖，甘肃省科技进步一等奖及甘肃省高校科技进步一等奖等奖项。研究方向：功能配合物及其材料的设计与性能。

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