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  由于具有溶液可加工性、低成本和出色的能量轉(zhuǎn)換效率等優(yōu)勢，鈣鈦礦太陽電池獲得了廣泛的關(guān)注。然而，長期穩(wěn)定性仍然是限制鈣鈦礦太陽電池進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。在鈣鈦礦和電極之間引入空穴傳輸材料是提高鈣鈦礦太陽電池效率和穩(wěn)定性的有效途徑。目前，spiro-OMeTAD是n-i-p結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽電池中最普遍使用的空穴傳輸材料，然而，由于spiro-OMeTAD的空穴遷移率低，常需要吸濕性的Li-TFSI、t-TBP等摻雜劑的進(jìn)一步摻雜以增強(qiáng)空穴的提取和傳輸。摻雜過程不僅會增加器件制造的復(fù)雜性，而且還會造成鈣鈦礦的加速降解。因此，開發(fā)不含摻雜劑的空穴傳輸材料對于實(shí)現(xiàn)具有高效率和良好穩(wěn)定性的鈣鈦礦太陽電池至關(guān)重要。共軛聚合物由于其可調(diào)控的能級、出色的穩(wěn)定性、良好的成膜性和疏水性等優(yōu)點(diǎn)，作為無摻雜劑的空穴傳輸材料獲得了廣泛的研究。開發(fā)新型的高效穩(wěn)定的無摻雜鈣鈦礦空穴傳輸材料至關(guān)重要。

  華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃飛/薛啟帆團(tuán)隊(duì)采用交替的苯并二噻吩和雙噻吩酰亞胺單元構(gòu)建了兩種新型無摻雜的聚合物空穴傳輸材料PBTI和PFBTI。合適的能級、良好的成膜性、高的空穴遷移率和表面鈍化效應(yīng)使PBTI和PFBTI成為出色的空穴傳輸材料用于鈣鈦礦太陽電池。基于PFBTI的有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池實(shí)現(xiàn)了23.1%的能量轉(zhuǎn)換效率。在相對濕度為45%的環(huán)境中暴露500小時(shí)后，仍能維持初始效率的80%。此外，PFBTI還被成功地應(yīng)用于寬帶隙無機(jī)鈣鈦礦電池和鈣鈦礦/有機(jī)疊層太陽能電池，分別實(shí)現(xiàn)了17.4%和22.2%的能量轉(zhuǎn)換效率，顯示出其可以作為一種高效和通用的空穴傳輸材料用于不同類型的鈣鈦礦太陽電池。 

圖1：PBTI和PFBTI的(a)化學(xué)結(jié)構(gòu)，(b)在氯仿溶液和薄膜狀態(tài)下的紫外-可見吸收光譜，(c)循環(huán)伏安曲線，(d)能級圖，(e)DFT計(jì)算的PFBTI的分子構(gòu)象和HOMO能級分布。

圖2：(a)SCLC測量的PBTI和PFBTI的空穴遷移率，(b)PBTI和(c)PFBTI薄膜的二維GIWAXS圖。(d)PBTI和PFBTI的二維GIWAXS圖案在平面內(nèi)和平面外方向上的積分曲線，(e)鈣鈦礦/PBTI薄膜和(f)鈣鈦礦/PFBTI薄膜的AFM高度圖。

圖3：(a)PBTI和PFBTI的靜電勢分布，(b)原始PBTI和PFBTI薄膜以及相應(yīng)的與鈣鈦礦的混合物的傅里葉變換紅外光譜，(c)PFBTI、鈣鈦礦和鈣鈦礦/PFBTI的(c)Pb 4f、(d)S2p的XPS能譜，(e)spiro-OMeTAD、PBTI和PFBTI的時(shí)間分辨光致發(fā)光光譜。

圖4：(a)基于PBTI、PFBTI和spiro-OMeTAD的鈣鈦礦太陽電池的J-V特性曲線，(b)采用不同HTMs的PVSCs的外量子效率（EQE）曲線，(c)不同HTMs的PVSCs在最大功率點(diǎn)測量的穩(wěn)定功率輸出，(d) 不同HTMs與水的接觸角，(e)基于不同HTMs的未封裝器件在黑暗中暴露在相對濕度為45%的環(huán)境中的濕度穩(wěn)定性，(f)在充滿氮?dú)獾氖痔紫渲羞B續(xù)太陽光照射下，未封裝的PVSCs的MPP連續(xù)跟蹤。

  Mott-Schottky分析、陷阱密度表征、瞬態(tài)光電壓，光強(qiáng)依賴、電致發(fā)光光譜等進(jìn)一步說明了基于PFBTI的器件具有更強(qiáng)的空穴抽提能力以及抑制的非輻射復(fù)合損失。

  參考文獻(xiàn)：

  Bai, Y., Zhou, Z., Xue, Q., Liu, C., Li, N., Tang, H., Zhang, J., Xia, X., Zhang, J., Lu, X., Brabec, C.J. and Huang, F. (2022), Dopant-free Bithiophene Imide-based Polymeric Hole Transporting Materials for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2110587.

  DOI: 10.1002/adma.202110587

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華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃飛/薛啟帆團(tuán)隊(duì)招收鈣鈦礦光電方向博士生/博士后

  黃飛，國家杰出青年基金獲得者，教育部長江學(xué)者特聘教授�，F(xiàn)任華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。主要從事有機(jī)聚合物光電材料與器件方面的研究，在新型水醇溶界面材料及界面調(diào)控方法、新型聚合物光伏材料與器件等方向做出了系列創(chuàng)新成果。曾獲教育部首屆青年科學(xué)獎，美國化學(xué)會Arthur K. Doolittle Award獎，兩次參與獲得國家自然科學(xué)二等獎。任高分子學(xué)報(bào)副主編，Chemistry of Materials、Sci China Chem等刊物編委，中國材料學(xué)會高分子分會副秘書長。

  薛啟帆，廣東省杰出青年基金獲得者，主要研究鈣鈦礦光電材料與器件，包括新材料開發(fā)、界面修飾、新型器件，器件物理及制作工藝改進(jìn)，近五年在 Adv. Mater., Joule, Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater.等SCI刊物上發(fā)表論文60余篇，11篇入選ESI高被引論文，主持科技部、國家基金委和省市重點(diǎn)項(xiàng)目，獲得全國創(chuàng)新大賽一等獎、德國DAAD科技獎、美國GE科技創(chuàng)新獎等，擔(dān)任國際能源光子學(xué)會秘書長、廣東省材料研究學(xué)會青年工作委員會委員、Frontiers in Chemistry期刊副主編、Materials Research Letters等期刊青年編委。