钙钛矿太阳能电池中空穴的产【chǎn】生与收集效【xiào】率是【shì】决【jué】定电池能【néng】量转化效率【lǜ】的一个【gè】重要因素。小【xiǎo】分子【zǐ】类【lèi】空穴传输材料在【zài】钙钛矿太阳能电池中有【yǒu】非常【cháng】好的应用【yòng】潜力【lì】。目前，高效率钙钛矿【kuàng】太阳能电池大【dà】多采用有机小分子spiro-OmetaD作为空穴传【chuán】输材料，然【rán】而其合成步【bù】骤【zhòu】复杂【zá】、成本高，且在【zài】空气【qì】中稳定性较差。因此【cǐ】，开发低成本、易制备、高效率和高稳定性的有机【jī】空穴传输材料是钙钛矿太阳能电池的重要研究方【fāng】向。
最近，在中国科学院先导专项和国家自然科学基金【jīn】委支持【chí】下，中科院化学研究【jiū】所【suǒ】光化学【xué】重点实验室研究员钟羽武和分子纳米【mǐ】结构与纳米技【jì】术重点实验室研究员胡劲松合作【zuò】，发【fā】展【zhǎn】了一【yī】类低成【chéng】本、易制备【bèi】二【èr】维【wéi】共轭有机小分子【zǐ】空穴传输【shū】材料OMe-***yr，将其应用于【yú】钙【gài】钛【tài】矿太阳能电池中【zhōng】，取得平均20%的能量【liàng】转化效率。
科【kē】研人员通过四【sì】步简单有【yǒu】机转化，以26%总产率、克级规【guī】模制备OMe-***yr，现【xiàn】阶段实验室成本约为50美元/克，比spiro-OmetaD成本【běn】降低一【yī】半以【yǐ】上，并可进一【yī】步优化合成步骤和降低【dī】成【chéng】本。OMe-***yr在常用有机溶【róng】剂中溶解性好，并具有较好的成膜性能【néng】。热【rè】稳定性测【cè】试【shì】表明【míng】，化合物OMe-***yr具有良好的【de】热稳定【dìng】性，适用于制备高【gāo】稳定性的光电器件。电化学和光【guāng】谱【pǔ】研究表【biǎo】明，该空【kōng】穴传输材料能级与三元钙【gài】钛矿【kuàng】Cs0.05FA0.81MA0.14PbI2.55Br0.45(CsMAFA)能级相匹配【pèi】。化合物OMe-***yr中噻吩基【jī】团【tuán】的引入【rù】，增强了分【fèn】子的【de】电子【zǐ】离域范围，稳定了【le】HOMO能级，更有利于空穴的注入。另外，由于OMe-***yr中【zhōng】的S原子与【yǔ】钙钛矿中的Pb之间存在【zài】一【yī】定Pb-S相互作用，可以【yǐ】钝化钙钛【tài】矿【kuàng】晶体中的表面【miàn】缺陷。噻吩基团的引【yǐn】入可以提【tí】高载流子的传输能力【lì】并抑制界面复合，提高器件效【xiào】率和削弱迟【chí】滞效【xiào】应。基于OMe-***yr的钙钛矿【kuàng】太阳能电【diàn】池的能量【liàng】转化效【xiào】率可达20.6%，平均能量【liàng】转化效【xiào】率为【wéi】20.0%。未封装【zhuāng】的器件在放【fàng】置【zhì】60天之【zhī】后还维持了92%的初始效【xiào】率【lǜ】。化合物OMe-***yr是目【mù】前少数几个已报道的能量转化【huà】效率超过20%的空穴【xué】传输有机小分子，具有【yǒu】较好的【de】应【yīng】用前景【jǐng】。相关工作近期发表于Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,10959上，并被Sci.China Chem.(DOI：10.1007/s11426-018-9331-y)亮点报道。相关成果已申请中国【guó】专利(专利申请号：201810185852.0)。
