螺芳基钙钛矿太阳能电池空穴传输材料研究进展

近10年, 第三代光电能源转换技术钙钛矿太阳能电池(PSCs)正迅速崛起. 基于有机-无机杂化钙钛矿材料的本征半导体特性以及PSCs平面多层器件架构特点, 采用有机小分子空穴传输材料(HTMs)作为PSCs的p-型层, 不仅实现了PSCs器件的全固态化, 且大幅提升了器件效率及稳定性. 以当前通用的标准空穴传输材料spiro-OMeTAD (2,2′,7,7′-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9′-螺二芴)为模板, 研究人员开展了众多结构剖析和改进工作. 分子spiro-OMeTAD中, 三维螺二芴(SBF)核能以较小的空间集成更多的空穴传输单元; 而芳胺优异的p-型特性, 使其成为高效的电活性单元. 经典螺芳核SBF制备成本高, 可修饰位置单一; 因此, 基于spiro-OMeTAD的结构改进主要围绕芳胺单元的修饰开展. 随着HTMs分子设计以及合成方法学的进展, 近5年来, 一系列低成本、高性能的类SBF螺芳基单元逐渐兴起, 并迅速进入空穴传输材料领域, 如: 螺[芴-9,9′-氧杂蒽]、螺吖啶、螺硫杂蒽等. 螺芳基核结构的日益丰富, 大大拓展了HTMs分子的设计空间, 从而推动了PSCs效率和稳定性的不断提升. 因此, 本综述聚焦含螺芳烃骨架的HTMs分子, 根据其器件性能表现, 分析高性能材料的结构要素. 按照螺芳烃核结构对高性能HTMs进行分类归纳, 总结了结构设计思路和构效关系. 期望通过较为全面的评述, 为HTMs分子构建提供可参考的策略, 从而推动PSCs继续向高效率、长寿命的实用化方向发展.