Angew. Chem. ：基于菲并咔唑稠环芳烃的聚合物空穴输运材料提升钙钛矿太阳能电池效率

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得益于钙钛矿优异的光捕获和载流子迁移特性，钙钛矿太阳电池已获得高达25.5%的光电转换效率。空穴输运材料作为界面层可以实现对钙钛矿晶体高效地空穴提取并抑制界面不利的背向电荷转移。当前广为应用的空穴输运材料是掺杂Spiro-OMeTAD，其中掺杂剂可以显著提升材料的空穴迁移率。但是由于掺杂剂易吸潮，易挥发的特性，会严重损害钙钛矿太阳电池的稳定性。

聚合物高分子空穴输运材料具备高迁移率、高光热稳定性、优异的溶液加工及成膜性，使其成为一类极具商业应用前景的非掺杂空穴输运材料。近日，南开大学姚朝阳研究员、陈永胜教授、西湖大学孙立成教授和天津工业大学刘义教授合作，开发了一类基于菲并咔唑稠环芳烃的高效聚合物空穴输运材料。

作者在材料设计中引入分子内S–O非共价相互作用（S–O距离为2.84 Å），成功实现了聚合物分子链的构象锁定，显著降低了材料重组能，提高了薄膜的空穴迁移率。此外氧原子的引入进一步钝化了钙钛矿表面配位不完全的铅原子，降低了表面缺陷，抑制了界面电荷复合。最终基于该非掺杂聚合物空穴输运材料的钙钛矿太阳电池实现了高效（~22.2%光电转化效率）和高稳定性。

图1：聚合物空穴输运材料功能-结构对应分析。

最为重要的是，作者结合之前的研究（J. Am. Chem. Soc.2020, 142, 17681），初步建立了高效聚合物空穴输运材料理性设计的半经验模型，指出了高效聚合物空穴输运材料可能具备的结构要素：（1）二维共轭稠环芳烃实现分子间以及与钙钛矿表面的紧密堆积；（2）合适二面角平衡材料空穴迁移率和溶液加工性质；（3）稠环芳烃单元分子间强相互作用的前提下，引入大量疏水烷基链抑制钙钛矿材料的吸潮分解；（4）引入“Lewis soft”、大原子半径的杂原子有效钝化钙钛矿界面；（5）通过分子内非共价键相互作用锁定构象、减小重组能、提升迁移率。（见图1示例）

论文信息：

Phenanthrocarbazole-Based Dopant-Free Hole-Transport Polymer with Noncovalently Conformational Locking for Efficient Perovskite Solar Cells

Zhaoyang Yao,Yaxiao Guo,Lanlan He,Jiaxin Guo,Yu Guo,Fuguo Zhang,Linqin Wang,Hao Yang,Chenhao Xiao,Yi Liu,Yongsheng Chen,Licheng Sun

文章的第一作者是天津工业大学郭亚肖研究员

Angewandte Chemie International Edition

DOI:10.1002/anie.202114341

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