螺芴类空穴传输材料的电荷传输性质研究

胡伟霞,杨记鑫,黄 凯，何荣幸

(1.成都理工大学工程技术学院核工程与新能源技术系，乐山 614000； 2.西南大学化学化工学院，重庆 400715)

0 引 言

近年来，太阳能等清洁能源的开发利用备受关注。钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为新型光电转换技术，具有吸光系数高、激子扩散长度长和带隙可调等优点[1-3]。目前，其认证的最高光电转换效率可达25.2%[4]。空穴传输材料(HTMs)作为钙钛矿太阳能电池的关键材料，在空穴传输及电荷分离方面发挥着重要作用。优良的HTMs 不仅可以保证有效的电荷传输而且还可减少电荷复合，改善电池的稳定性。理想的HTMs应该满足如下要求[5]：(1)合成成本低廉；(2)合适的最高占据分子轨道(the highest occupied molecular orbital， HOMO)和最低未占据分子轨道(the lowest unoccupied molecular orbitals， LUMO)，从而保证有效的空穴传输和电荷收集；(3)优良的空穴迁移率和空穴传输性能以减少电荷复合；(4)在富湿和富氧环境中具有良好的稳定性，易于成膜等。

螺芴类空穴传输材料是有机小分子空穴传输材料的重要的分支。经典的2,2′,7,7′-四(N,N-二-对-甲氧基苯基胺)-9,9′-螺二芴(Spiro-OMeTAD) 虽然显示出较高的光电转换效率，但是其复杂的合成步骤和较低的空穴迁移率限制了其大规模的实际应用[6]。过去几年中，通过对Spiro-OMeTAD中的9,9′-螺双芴螺环中心进行修饰，合成了一系列新型螺芴类空穴传输材料。Xu等[7]采用简单的两步法合成了以SFX螺[芴-9,9′-氧杂蒽]为核心的小分子空穴传输材料X60，中心螺环引入了氧原子，利用空间电荷限制电流方法测定的空穴迁移率为1.9×10-4cm2·V-1·s-1，应用在PSCs中显示出19.84%的光电转换效率。Hua等[8]报道了以芴类为中心的空穴材料HT2，显示出18.0%的效率，实验测得的空穴迁移率为1.01×10-4cm2·V-1·s-1。……