Page 93 - 《精细化工》2021年第7期
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第 7 期 赵 芃，等: 黑卟啉无掺杂空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池上的应用 ·1375·
近年来，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的发展受 作性能，以期为无掺杂 HTM 的设计与发展提供新
到了高度关注，10 年间其光电转化效率（PCE）从 的思路。
[1]
3.8%飙升至 25.5% ，发展速度惊人。然而钙钛矿
层对水、氧、热以及紫外光 [2-5] 都非常敏感，电池的 1 实验部分
长期使用稳定性严重制约了其商业化进程。
1.1 试剂与仪器
空穴传输材料（HTM）作为 PSCs 的重要组成部
苄醇、三氟乙酸、原乙酸三乙酯，AR，萨恩化
分，不仅能提取载流子并运输至对电极，还能保护钙
学技术（上海）有限公司；苯亚磺酸钠、3,5-二叔丁
钛矿吸光层免受外界水、热和紫外线的腐蚀。因此， 基苯甲醛、KOH、无水硫酸钠，AR，上海迈瑞尔化
理想的 HTM 应该具有高的载流子迁移率、与钙钛矿 学技术有限公司；3,4-二溴环丁砜、2,3-二氯-5,6-二
材料相匹配的能级、低的生产成本、良好的稳定性以 氰对苯醌（DDQ）、十六烷基三甲基氯化铵、三氟化
及成膜性。目前 HTM 主要有无机、高分子聚合物以 硼乙醚（质量分数 48%）、三氯甲烷，AR，上海泰
及有机小分子三大类。其中，有机小分子由于设计灵 坦科技股份有限公司；乙醇、碳酸钠，AR，天津市
活、能级易于调控且易溶于有机溶剂、便于器件的加 江天化工技术有限公司；三氯氧磷、二水合乙酸锌、
工而受到广泛关注 [6-11] 。 对苯醌，AR，天津市元立化工有限公司；甘氨酸、
有机小分 子 2,2′,7,7′- 四 (N,N- 二对 甲氧基苯 浓盐酸、吡啶、四氯苯醌、乙醚，AR，天津希恩思
胺)-9,9′-螺二芴（spiro-OMeTAD）是应用于 PSCs 奥普德科技有限公司；对甲苯磺酸、甲酸甲酯、碳
最成功的芳胺类 HTM，但其空穴迁移率和导电率都 酸氢钠、Pd/C（Pd 质量分数 10%）、乙酸、三乙胺、
比较低 [12-13] ，需要加入 P 型锂盐及 4-叔丁基吡啶 邻二氯苯、4-乙烯基苯甲酸甲酯，AR，沃尔吉明（北
（TBP）等掺杂剂来提高其空穴迁移率。该类添加 京）技术开发院。
剂会腐蚀钙钛矿层，影响电池使用寿命 [14-16] 。此外， AvanceⅢHD 液体核磁共振波谱仪、Autoflex
spiro-OMeTAD 的合成及提纯工艺复杂、价格昂贵 [17] 。 Tof/TofⅢ基质辅助激光解吸附-串联飞行时间质谱
这都严重制约了 PSCs 的实际应用。所以，研究者 仪，瑞士 Bruker 公司；TG 209F3 热重分析仪，德
们逐渐将目光转向了无掺杂的 HTM。 国 Netzsch 公司；UV-1800 型紫外-可见分光光度计，
结合之前的相关工作 [18-20] ，本文拟合成一种具 日本 Shimadzu 公司；CHI660E 电化学工作站，上海
有对可见光谱全吸收的黑卟啉分子 5,10,15,20-四 辰华仪器有限公司；SS150 太阳光模拟器，北京卓
[3,5- 二 ( 叔丁 基 ) 苯基 ]-β,β′- 四萘醌 [6,7-g] 锌卟 啉 立汉光仪器有限公司。
（T1），考察其光物理性质、成膜性以及电化学性能， 1.2 目标分子 T1 的合成
以 T1 作为空穴传输层制备 PSCs，并考察器件的工 T1 的合成路线如下所示。
