Page 97 - 《精细化工》2021年第7期

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 ·1379·

由图 5 可得 ， T1 的空 穴迁 移率达 1.71× 是影响着器件性能的重要因素之一。图 6 为使用甲
2
–4
10 cm /(V·s)，高于相同条件下 spiro-OMeTAD 的 苯作为溶剂旋涂 T1 前后的钙钛矿薄膜以及基于 T1
–5
2
空穴迁移率〔2.13×10 cm /(V·s)〕。推测这一性能 电池的 SEM 图。比较图 6a、b 可以发现，T1 可以在
的提升得益于更强的卟啉分子间作用力，使得空穴 钙钛矿表面形成致密的薄膜。图 6c 为测定 T1 空穴迁
传输层分子排列更加有序，从而有效提升了电荷传 移率时使 用的电池 截面，电 池结构为 玻璃 /
输性能。 FTO/PEDOT∶PSS/T1/Ag，其中，T1 空穴传输层的
2.5 薄膜性能 制备采用与制备钙钛矿电池时相同的工艺参数。由
HTM 能否形成光滑致密的空穴传输层薄膜也 图中得到 T1 空穴传输层平均厚度为 140 nm。

图 6 钙钛矿薄膜（a）、旋涂有 T1 的钙钛矿薄膜（b）及电池截面（c）的 SEM 图
Fig. 6 SEM images of perovskite film (a), perovskite film with T1 spin-coated (b) and the cross-section of solar cell (c)

2.6 I-V 曲线 两者的开路电压（V OC ）相近，分别为 0.91 和 0.93 V，
将 spiro-OMeTAD 和 T1 作为空穴传输层旋涂到 填充因子（FF）几乎相同。
PSCs 上，测试了器件性能，见图 7 与表 2。 所以，T1 具备取代 spiro-OMeTAD 作为新型无
掺杂 HTM 应用在 PSCs 上的能力。

3 结论

合成了一种具有可见光谱全吸收的黑卟啉分子
T1，系统考察了其光物理性质、电化学性能及成膜
性。T1 具有高的热稳定性，其能级与钙钛矿材料
MAPbI 3 相匹配。以 T1 为空穴传输层制备了无掺杂
2
PSCs，其 J SC 和 V OC 分别为 23.86 mA/cm 和 0.91 V，
PCE 为 13.43%，明显优于同样条件下制备的基于

图 7 基于 spiro-OMeTAD 和 T1 PSCs 的 I-V 曲线 spiro-OMeTAD 的无掺杂 PSCs（PCE = 11.63%）。在
Fig. 7 I-V curves of spiro-OMeTAD and T1 based PSCs 今后的工作中，将进一步完善 T1 的成膜工艺，以期
获得更好的 PSCs 效率。
表 2 基于 spiro-OMeTAD 和 T1 PSCs 的光电参数
Table 2 Photovoltaic parameters of spiro-OMeTAD and T1 参考文献：
based PSCs
[1] DASKEVICIUTE S, CRISTINA M, KASPARAS R, et al.
2
HTM J SC/(mA/cm ) V OC/V FF/% PCE/%
Fluorene-based enamines as low-cost and dopant-free hole
T1 23.86 0.91 61.9 13.43 transporting materials for high performance and stable perovskite
spiro-OMeTAD 20.54 0.93 61.0 11.63 solar cells[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2021, 9(1): 301-309.
[2] DIVITINI G, CACOVICH S, MATTEOCCI F, et al. In situ
由图 7 与表 2 可知，基于无掺杂的 T1 与 observation of heat-induced degradation of perovskite solar cells[J].
Nature Energy, 2016, 1: 15012.
spiro-OMeTAD 的 PSCs 的 PCE 分别为 13.43%和
[3] HAN Y, STEFFEN M, YASMINA D, et al. Degradation observations
11.63%。基于 T1 的 PSCs 的短路电流（J SC ）为 of encapsulated planar CH 3NH 3PbI 3 perovskite solar cells at high
2
23.86 mA/cm ，远大于基于 spiro-OMeTAD 的 PSCs temperatures and humidity[J]. Journal of Materials Chemistry A,
2015, 3(15): 8139-8147.
2
（20.54 mA/cm ），J SC 的提高归因于 T1 具有更高的
空穴迁移率。由于两种 HTM 的 HOMO 能级相似， （下转第 1415 页）