钙钛矿材料由于具有宽的吸收范围、优异的长程电荷迁移率等优点,近几年来成为能源等领域的研究热点。其中,以其为光活性层的太阳能电池(PVSCs)具有制备工艺简单、生产成本低等优势。得益于钙钛矿材料优异的光电性质及其光伏器件加工优势,PVSCs的最高能量转化效率(PCE)已经由2009年的3.8%提升到目前25%以上的水平。在钙钛矿太阳能电池中,空穴传输层(HTLs)在提取空穴、抑制电子传输以及调控钙钛矿形貌等方面发挥着重要作用,各种空穴传输材料,例如无机金属氧化物,有机小分子,有机高分子均被开发并应用于PVSCs。其中有机小分子材料具有明确的分子结构、分子能级和结构易于调控及在合成上的高度可重复性等优势,是目前极具潜力的一类空穴传输材料。 分子异构化是材料合成中常用的策略,会导致分子对称性,溶解性,分子极性等变化,进而影响分子的聚集态结构与光电性质。在PVSC中,空穴传输材料的异构化策略已经成为提升光伏性能的有效手段。近年来,基于噻吩和噻吩衍生物HTLs备受关注。一方面,它们具有高薄膜迁移率与合适的HOMO能级。另一方面,硫原子诱导的Pb-S之间的相互作用也可以钝化钙钛矿表面的Pb2+陷阱。其中,具有稠合三个噻吩环的双噻吩并噻吩(DTT)具有优异的空穴迁移率。研究发现,DTT中硫原子位置异构化对基于其的有机薄膜晶体管和太阳能电池的基本光电特性和器件性能有巨大影响。尽管如此,基于DTT的有机半导体材料在PVSCs的应用中只有少数成功的例子。 近期,南科大郭旭岗&广州大学牛利&河南大学王华教授课题组在《Adv. Funct. Mater.》期刊上合作发表了题为“Isomeric Dithienothiophene-Based Hole Transport Materials: Role of Sulphur Atoms Positions on Photovoltaic Performance of Inverted Perovskite Solar Cells”的文章(DOI:10.1002/adfm.202206311)。该工作以分子异构化策略为材料优化手段,深入研究了DTT中硫原子位置异构化对基于其的HTLs光电性质及器件性能的影响。研究发现,硫原子排列从3T-1(顶部-顶部-顶部),到3T-2(顶部-顶部-底部)再到3T-3(顶部-底部-顶部),对分子骨架的共轭程度、分子轨道能级、上层钙钛矿晶体的生长及形貌有显著地影响,此外该系列HTLs在非卤溶剂2-甲基四氢呋喃中有极好的溶解性和成膜性,其中以3T-3为HTLs(非掺杂)的PVSCs获得最高PCE(19.23%)及器件稳定性,是使用绿色溶剂加工PVSCs的最高效率之一。这些结果证明了空穴传输材料中硫原子位置对PVSCs光伏性能具有很大影响,DTT系列有机半导体在设计合成高效,可绿色溶剂加工HTLs具有巨大潜力。