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 鈣鈦礦太陽能電池中空穴的產(chǎn)生與收集效率是決定電池能量轉(zhuǎn)化效率的一個重要因素。小分子類空穴傳輸材料在鈣鈦礦太陽能電池中有非常好的應(yīng)用潛力。目前，高效率鈣鈦礦太陽能電池大多采用有機(jī)小分子 spiro-OMeTAD 作為空穴傳輸材料， 然而其合成步驟復(fù)雜、成本高， 且在空氣中穩(wěn)定性較差。因此，開發(fā)低成本、易制備、高效率和高穩(wěn)定性的有機(jī)空穴傳輸材料是鈣鈦礦太陽能電池的重要研究方向 。

最近，在中國科學(xué)院先導(dǎo)專項和國家自然科學(xué)基金委支持下，中科院化學(xué)研究所光化學(xué)重點(diǎn)實驗室研究員鐘羽武和 分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點(diǎn)實驗室研究員 胡勁松合作， 發(fā)展了一類低成本、易制備二維共軛有機(jī)小分子空穴傳輸材料 OMe-TATPyr ，將其應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池中，取得平均20%的能量轉(zhuǎn)化效率。

科研人員通過四步簡單有機(jī)轉(zhuǎn)化，以 26% 總產(chǎn)率、克級規(guī)模制備 OMe-TATPyr ，現(xiàn)階段實驗室成本約為 50 美元 / 克，比 spiro-OMeTAD 成本降低一半以上，并可進(jìn)一步優(yōu)化合成步驟和降低成本。 OMe-TATPyr 在常用有機(jī)溶劑中溶解性好，并具有較好的成膜性能。熱穩(wěn)定性測試表明，化合物 OMe-TATPyr 具有良好的熱穩(wěn)定性， 適用于制備高穩(wěn)定性的光電器件。電化學(xué)和光譜研究表明， 該空穴傳輸材料能級與三元鈣鈦礦 Cs 0.05 FA 0.81 MA 0.14 PbI 2.55 Br 0.45 (CsMAFA) 能級相匹配。化合物 OMe-TATPyr 中噻吩基團(tuán)的引入 ， 增強(qiáng)了分子的電子離域范圍 ， 穩(wěn)定了 HOMO 能級，更有利于空穴的注入。另外，由于 OMe-TATPyr 中的 S 原子與鈣鈦礦中的 Pb 之間存在一定 Pb-S 相互作用 ， 可以鈍化鈣鈦礦晶體中的表面缺陷。噻吩基團(tuán)的引入可以提高載流子的傳輸能力并抑制界面復(fù)合 ， 提高器件效率和削弱遲滯效應(yīng)。基于 OMe-TATPyr 的鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率可達(dá) 20.6%， 平均能量轉(zhuǎn)化效率為 20.0% 。未封裝的器件在放置 60 天之后還維持了 92% 的初始效率。化合物 OMe-TATPyr 是目前少數(shù)幾個已報道的能量轉(zhuǎn)化效率超過 20% 的空穴傳輸有機(jī)小分子，具有較好 的應(yīng)用前景。相關(guān) 工作近期發(fā)表于 Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 10959 上，并被 Sci. China Chem. （ DOI ： 10.1007/s11426-018-9331-y ）亮點(diǎn)報道。 相關(guān)成果已申請中國專利（專利申請?zhí)枺?201810185852.0 ）。

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高效鈣鈦礦電池有機(jī)小分子空穴傳輸材料