Page 27 - 《精细化工》2021年第3期

第 3 期 刘小雷，等: 钙钛矿太阳能电池中 D-A-D 型空穴传输材料的研究进展 ·447·

往往开路电压会更高。因此， BTPA-3 制备的 双氰基亚乙烯基苯受体单元为中心核、甲氧基三苯
CH 3 NH 3 PbBr 3 基电池相比于 Spiro-OMeTAD 具有更 胺给体单元为端基，设计合成了两个 D-A-D 型小分
高的开路电压（1.41 V vs. 1.33 V），和更高的 PCE 子空穴传输材料 TTZ-1 和 TPDCN（结构如下所示），
（5.91% vs. 5.61%），该成果为制备具有高电压的 两种 HTM 分子的合成仅需要 3 步反应，且无需贵
PSCs 奠定了基础 [30] 。 金属钯催化剂，大大提高了合成效率以及降低了合
成成本。而且两个分子均具有合适的能级、良好的
热稳定性和较高的空穴迁移率。基于 TTZ-1 的 PSCs
器件取得了 11.37%的 PCE，与参比分子 Spiro-
OMeTAD 的 PCE 相当（11.62%），而 TPDCN 的 PCE
较低，为 10.11%。该研究对于推动低成本，易合成

的空穴传输材料用于 PSCs 具有重要意义。
SONAR 等 [43] 以廉价染料二并蒽酮（ANT）受
CHEN 等 [41] 以噻吩异靛蓝（TII）受体单元为核，
体单元为中心核、甲氧基二苯胺给体单元为端基，
以 1,3-二(9H-咔唑-9-基)苯、N-苯基咔唑、三苯胺和
设计合成了一种 D-A-D 型空穴传输材料 DPA-ANT-
苯 4 个电子给体单元为端基，合成了 5 种 D-A-D 型 DPA（结构如下所示）。该分子的合成仅需一步偶联
空穴传输材料 H3、H4、H5、H6 和 H7（结构如下 反应，且原料易得，易于纯化；该分子具有较低的
所示）。TII 作为一种平面刚性杂环化合物，具有较 HOMO 能级，与钙钛矿的价带接近，能够减小空穴
强的吸电子能力，同时分子结构中的 S-O 相互作用
传输过程的能量损失；其热分解温度为 377 ℃，玻
能够抑制构型旋转，从而提高分子的刚性和 π 体系
璃转化温度为 148 ℃，具有良好的热稳定性。另外，
的共平面性。 H3~H7 分子的 HOMO 能级在 该材料具有良好的成膜性，可以形成均匀致密的疏
–5.31~–5.43 eV 之间，与钙钛矿的价带相匹配。尽管 水性薄膜（接触角为 108°）。在无掺杂条件下，与
H7 分子的空穴抽取能力要比 PEDOT-PSS（聚 3,4-
Spiro-OMeTAD 相比，基于 DPA-ANT-DPA 的电池
亚乙基二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐）低，但 SEM 图
器件具有更高的电荷收集效率。因此，具有更高的
像表明旋涂在 H7 上的钙钛矿薄膜均匀无针孔，晶
短路电流和开路电压，其 PCE 达到 11.5%。将廉价
粒尺寸为微米级，要比旋涂在 PEDOT-PSS 上的大得 的稠环蒽酮染料作为核心单元引入到新型高效空穴
多。更好的薄膜质量使得基于 H7 的无掺杂反式 p-i-n 传输材料的设计开发中来，对大面积卷对卷印刷
结构 PSCs 的 PCE 达到 12.1%，与使用 PEDOT-PSS
PSCs 器件的制备来说是一个不错的选择。
空穴传输材料的效率相当（PCE 12.0%）。另外，5
个 HTM 分子的接触角在 87.17°~98.86°之间，远大
于 PEDOT-PSS（20.91°），更好的疏水性能够更好地
保护钙钛矿吸光层，电池器件具有更好的稳定性。
在氩气氛围下，基于 H7 的 PCE 在 168 h 内未见衰
减，在连续照射 1000 h 后仍可以保持原始效率的
86.3%。

GOVINDASAMY 等 [42] 以噻唑并[5,4-d]噻唑和 喹吖啶酮（QA）染料因为其较高的化学和热