卡尔斯鲁厄理工学院Adv. Funct. Mater：伪-对位-取代[2.2]对环芳烷用于PSCs中的空穴传输

• 阅读： 2024/1/25 16:49:22

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  前言回顾

  全球太阳辐射量已超过世界能源需求的7500倍，光伏成为了能源转型的核心支柱之一。目前，已经研究出了多种不同的材料作为单晶硅的替代品。其中新型太阳能电池可以与硅的功率转换效率（PCE）相媲美，并且其生产所需的能量要少得多：有机-无机卤化铅PSCs自2009年被Kojima等人发现以来，经历了快速的发展，其PCE现已超越25%。在常规架构的 PSCs 中，TiO2和 SnO2是最常见的 ETLs。与ETLs相同，HTLs也应该具有较大的光学带隙，以防止光的寄生吸收。常规结构PSCs中HTLs是2,2′,7,7′-四（N,N-二对甲氧基苯胺?9,9′-螺二芴（spiro-OMeTAD）。虽然Spiro-OMeTAD具有较低的电导率，但通过掺杂，其PCE可大于23%。然而，对于spiro-OMeTAD的简单且低成本的工业规模合成，仍然具有一定的挑战性，这就需要研究出可替代的器件。

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  文献简介

  基于此，卡尔斯鲁厄理工学院轻技术研究所的Holger R?hm和有机化学研究所的Stefan Br?se等人研究了包含不同供体基团和π连接体的伪-对位-取代PCP的结构-性质关系。该课题组合成了可以利用诱导效应和介体效应的供体基团，并将其与两种π连接体（噻吩或3,4-乙二氧基噻吩（EDOT））进行偶联。通过CH活化合成了[2.2]对环烷衍生物，这比常用的交叉偶联方法更直接且节省资源和能源。其中，空穴传输层为未掺杂的4,16-二（4-（2-噻吩基）-N,N-双(4-甲氧基苯基)苯胺）[2.2]对环乙烷（DiPCP-2）的太阳能电池显示出12.7%±0.4%的PCE。与Spiro-OMeTAD相比，DiPCP-2的合成成本降低了三分之二。同时，通过吸收和发射光谱、循环伏安法（CV）和空气光电子能谱（PESA）研究了其衍生物的光学性质和IPs。此外，他们还开发了一种可转移的方法，通过使用自动化平台对新设计的分子的性质进行快速预测。这些计算的结果有助于更好地理解PCP HTLs的结构-性能-关系，从而促进PCP HTLs的设计。通过变化给体和π-连接体，IPs实现了从5.14至5.86eV的增长，展示了较高的可定制性。

  图1. (a) CV的IP与真空度（DFT）之比=37.3（DFT）; (b) 来自PESA的IP与真空度（DFT）的对比=3.0（DFT）

  图2. (a) 含三苯胺的PCP（THF）的归一化吸光度和PL光谱; (b) 含咔唑的PCP（THF）的归一化吸收光谱和PL光谱

  图3. DiPCP化合物和spiro-OMeTAD的MIS-CELIV测量

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  文献总结

  总之，该课题组以多种伪-对位-取代[2.2]对环烷作为PSCs中HTL s，对其合成、表征和应用进行了探究。该研究中的DiPCP-HTLs是通过噻吩的双CH活化合成的，与spiro-OMeTAD相比，DiPCP-2的总成本降低了三分之二。在所研究的化合物中，DiPCP-2是最有前途的，因为它具有出色的溶解性和较高的空穴迁移率。此外，除了结构修饰外，HTLs的掺杂还可以进一步提高器件性能，这在最先进的PSCs中也很常见。相关研究成果最新发表于国际知名期刊《Advanced Functional Materials》，题为“Pseudo-Para-Substituted [2.2] Paracyclophanes for Hole Transport in Perovskite Solar Cells”。

  本文关键词：密度泛函理论；空穴传输材料；对环乙烷；钙钛矿太阳能电池

  转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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