实验室李远研究员团队：非掺杂空穴传输材料抑制碘迁移助力高效稳定全无机钙钛矿/有机叠层太阳能电池

近年来，钙钛矿太阳能电池（PVSCs）因光电性能优、制造成本潜力低，成光伏研究热点。全无机钙钛矿太阳能电池（如CsPbI3−xBrx）热稳定性、光吸收及载流子传输佳，商业化潜力大。但多数高效PVSCs依赖掺杂空穴传输材料（HTMs），掺杂剂（如锂盐）虽提性能，却加速钙钛矿降解，且掺杂HTMs合成复杂、成本高，限制大规模应用。开发无掺杂HTMs成关键，其能简化工艺、降成本、抑离子迁移，提器件稳定性。但当前无掺杂HTMs空穴迁移率低，制约应用。故设计合成高迁移率、优热稳定性、好缺陷钝化能力的无掺杂HTMs，对高效稳定全无机PVSCs意义重大。

近日，华南理工大学李远研究员课题组开发出D-A-D’-A-D型无掺杂HTM（IDTT-PhCz），可解决此前问题。该材料HOMO能级深、分子间堆积与空穴传输佳，还能钝化钙钛矿表面未配位铅离子、抑碘离子迁移，提升器件稳定性与效率。基于它的全无机PVSCs光电转换效率达21.0%（迄今最高之一），高温光照下稳定性优。此设计策略为开发高效稳定无掺杂HTMs提供前景，助力钙钛矿太阳能电池商业化。

本研究开发IDTT-EtCz和IDTT-PhCz两种D-A-D’-A-D结构无掺杂空穴传输材料，用于全无机钙钛矿太阳能电池。IDTT-PhCz空穴迁移率更高、HOMO能级（-5.48 eV）更深、分子堆积更紧密，其芳香化末端基团缩短分子接触，且与噻吩单元有强相互作用，利于电荷传输；HOMO能级与钙钛矿价带匹配，2.04 eV光学带隙适配钙钛矿吸收，可促空穴提取、提开路电压。XPS表征显示其能钝化钙钛矿表面缺陷、减电荷复合，抗氧化碘能力优于掺杂Spiro-OMeTAD，还能抑碘离子迁移，提升器件稳定性。基于它的CsPbI3基PVSCs光电转换效率达21.0%，未封装器件60°C氛围下500小时仍保90%以上效率；用于串联电池也实现25.0%效率（认证24.66%）。

图1.（a）IDTT-EtCz和IDTT-PhCz的合成路线示意图。（b）IDTT-EtCz和IDTT-PhCz的单晶结构及分子堆积模式示意图。

图2. 基于IDTT-PhCz器件的稳定性测试（左）以及单/双结PSCs的效率统计（右）

相关研究成果以“Suppressionof radical cation formation in dopant-free hole-transporting materials toinhibit iodine migration for efficient and stable perovskite solar cells”为题发表在Nano Energy上，其中通讯作者为李远研究员、薛启帆副研究员、王晶副教授和蔡万清高级讲师。华南理工大学黄嘉兴博士生和张益衡硕士生为共同第一作者。该研究工作得到了中国自然科学基金（22379045,22375065, 51973063, 52303223, 62375057, 62074060, 22405174和 22461142139）等科研项目的资助。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285525002186