华南理工大学再创纪录！26.31%！24.85%(1cm2)! SAMs协同三苯胺共聚+绿色溶剂！稳定！

聚合物空穴传输层在倒置型钙钛矿太阳能电池中起着至关重要的作用，因为它们能够决定器件的稳定性和光伏性能。然而，传统的聚合物空穴传输材料，比如聚(三芳基胺)（PTAA），需要使用氯苯和甲苯等有害溶剂来进行加工处理，这限制了它们的可扩展性。

为了解决这一问题，开发出与更安全、环保且不受管制的替代溶剂相兼容的聚合物空穴传输材料，对于推进钙钛矿太阳能电池的大规模生产至关重要。 

在这项工作中，华南理工大学应磊团队，通过将三苯胺单元与二乙基亚膦酸酯改性的咔唑单元进行共聚，开发出了一种新型聚合物空穴传输材料——PTACz-PO。

PTACz-PO在低毒性、可生物降解的溶剂2-甲基四氢呋喃中表现出优异的溶解性，同时具有较深的最高占据分子轨道能级、较高的空穴迁移率、出色的钝化效果以及改善的润湿性，从而增强了界面接触。重要的是，与用氯苯处理的PTACz-PO薄膜和PTAA薄膜相比，用2-甲基四氢呋喃处理的PTACz-PO薄膜展现出了更优异的均匀性。 

因此，据文献报道，在使用非卤素溶剂处理的器件中，该器件实现了高达26.31%的创纪录功率转换效率。同时还具有卓越的稳定性，在ISOS-D-3测试协议下运行超过2000小时后，仍能保持其初始功率转换效率的95%。

这些研究结果表明，PTACz-PO作为一种极具潜力的聚合物空穴传输材料，有望应用于未来高效且稳定的钙钛矿太阳能电池的商业化生产。 

倒置钙钛矿太阳能电池的制备涉及以下步骤：

1. 用洗涤剂、去离子水和异丙醇对玻璃 / 氧化铟锡（ITO）基板进行超声清洗 20 分钟，然后在 70℃下干燥。在放入手套箱使用之前，将基板进行氧等离子体处理 10 分钟。
2. 将聚合物空穴传输材料（HTM）溶液（浓度为 3 mg/ml 的聚 (三芳基胺)（PTAA）氯苯溶液、浓度为 3 mg/ml 的 PTACz-PO 氯苯溶液以及浓度为 3 mg/ml 的 PTACz-PO 2 - 甲基四氢呋喃溶液）以 4000 rpm的速度旋涂到 ITO 基板上，持续 30 秒，随后在 100℃下退火 10 分钟。PTAA 薄膜、用氯苯处理的 PTACz-PO 薄膜以及用 2 - 甲基四氢呋喃（MeTHF）处理的 PTACz-PO 薄膜的厚度分别为 26 纳米、22 纳米和 21 纳米，这表明了空穴传输层（HTLs）在加工过程中的稳定性。
3. 对于钙钛矿层（1.5 M Cs0.05(FA0.95MA0.05)0.95Pb(I0.95Br0.05)3，3 mol% PbI2 and 10 mol% MACl作为添加剂），将钙钛矿前驱体溶液以 5000 rpm的速度旋涂到玻璃 / ITO/HTM 基板上，持续 40 秒，在旋涂结束前 12 秒时，将 200 微升氯苯滴到薄膜的中心位置，然后在 110℃的热板上退火 30 分钟。
4. 表面钝化：将碘化哌嗪溶液（浓度为 0.3 mg/mL 的异丙醇溶液）以 5000 rpm的速度旋涂到钙钛矿薄膜上，持续 30 秒，然后在 100℃下退火 5 分钟。
5. 然后，在高真空（<4×10-6 托）条件下，依次热蒸发沉积 20 纳米的 C60、7 纳米的BCP和 100 纳米的银。

原文：

https://doi.org/10.1039/D5EE00380F