有機(jī)-無機(jī)鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因其制備工藝簡單、成本低廉、高效率等優(yōu)勢得到廣泛的關(guān)注。短短的幾年時間，PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過22%，成為當(dāng)今光伏領(lǐng)域最重要的研究熱點(diǎn)之一。在高效的傳統(tǒng)n-i-p 型 PSCs 中，空穴傳輸材料（HTMs）作為鈣鈦礦晶體和金屬電極之間重要的界面層，在促進(jìn)空穴的提取、傳輸以及抑制鈣鈦礦和HTMs界面處的載流子復(fù)合等方面起著非常重要的作用，可以顯著地地提高器件的性能。一系列小分子和聚合物HTMs也相繼被合成和報(bào)道，例如螺環(huán)類、咔唑類和噻吩類小分子HTMs、聚三芳胺（PTAAs）等。然而大部分所報(bào)道的有機(jī)HTMs 往往需要摻雜4-叔丁基吡啶、有機(jī)鋰鹽和鈷的配合物等添加劑來改善其遷移率，從而獲得較高的器件性能。然而這些添加劑不僅使器件的制備過程更加復(fù)雜化，且對PSCs的穩(wěn)定性和壽命有不利影響。因此，發(fā)展低成本的非摻雜HTMs對推進(jìn)PSCs技術(shù)未來的商業(yè)應(yīng)用尤為重要。目前所報(bào)道的D-A共軛型和三苯胺類非摻雜HTMs仍然需要較高成本的原材料、多步合成路線或復(fù)雜的提純步驟。除此之外，D-A共軛聚合物的剛性共軛主鏈會影響其溶解性，導(dǎo)致這類HTMs不太容易形成較薄的高質(zhì)量的薄膜。 另一方面目前報(bào)道的低成本且PSCs效率高于16%的非摻雜HTMs仍然比較少。因此，有必要進(jìn)一步開發(fā)新的策略、設(shè)計(jì)低成本的非摻雜HTMs實(shí)現(xiàn)高性能PSCs應(yīng)用，特別是可具有溶解性好、室溫條件下加工、有希望應(yīng)用于柔性PSCs的非摻雜聚合物HTMs。
南京工業(yè)大學(xué)IAM 團(tuán)隊(duì)殷成蓉副研究員課題組提出了一個設(shè)計(jì)非摻雜HTMs的新策略即將非共軛聚乙烯柔性主鏈與咔唑類空穴傳輸側(cè)鏈的結(jié)合，構(gòu)筑新型非共軛聚合物PVCz-OMeDAD作為非摻雜HTMs應(yīng)用于PSCs。該類聚合物合成原料成本低廉，合成步驟產(chǎn)率高。PVCz-OMeDAD中柔性非共軛聚乙烯鏈的引入一方面賦予該類聚合物良好的溶解性和成膜性，另一方面可以促進(jìn)甲氧基二苯胺取代的咔唑側(cè)鏈基團(tuán)之間的堆積，從而有效地改善其空穴遷移率。該類非共軛聚合物具有好的溶解性和成膜性、合適的HOMO 和LUMO 能級以及較高的空穴遷移率，使得這類非共軛聚合物可作為非摻雜的HTM應(yīng)用于PSCs中。其中PVCz-OMeDAD 的超薄薄膜（≈30 nm）作為 n-i-p 介孔型 PSCs 的非摻雜 HTM 顯示出短路電流密度（Jsc）為21.96 mA/cm2、開路電壓（Voc）為1.085V、填充因子（FF）為67.5%、功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）為16.09%。結(jié)果表明這類材料具有未來應(yīng)用于低成本大規(guī)模柔性PSCs的潛力。
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.201700584/full
