浙江大学EES：效率25.4%！三苯胺-乙烯二氧噻吩共聚物用于钙钛矿太阳能电池：取代基类型和交替结构的影响

摘要：浙江大学Peng Wang&Niansheng Xu&Yaohang Cai团队在Energy & Environmental Science期刊发表题为“Triphenylamine - ethylenedioxythiophene copolymers f

浙江大学Peng Wang&Niansheng Xu&Yaohang Cai团队在Energy & Environmental Science期刊发表题为“Triphenylamine - ethylenedioxythiophene copolymers for perovskite solar cells: impact of substituent type and alternation”的研究论文，Lifei He为论文第一作者，Peng Wang&Niansheng Xu&Yaohang Cai为共同通讯作者。

核心亮点：本文采用直接芳基化缩聚法合成了三种三苯胺-乙二氧噻吩交替共聚物。这些取代基的变化和组合导致了分子量、玻璃化转变温度、最高占据分子轨道能级和薄膜形态的差异。与仅使用一种取代基的参考聚合物相比，不同取代基的协同使用使聚合物半导体复合膜具有更光滑的形貌和更高的导电性。利用这种独特的p型聚合物半导体，制造了平均功率转换效率为25.4%的钙钛矿太阳能电池。且这些电池在85℃的热储存和45℃的操作条件下表现出优异的稳定性。

卤化铅钙钛矿由于其可调谐的光学带隙、延长的激化态寿命和廉价原材料的可用性而成为太阳能电池的特殊吸光材料。在制造高效n-i-p钙钛矿太阳能电池时，供体-受体型聚合物半导体通常具有较窄的光带隙，在psc中使用时可能引起耗散光吸收。因此，开发具有优异品质因素（例如能级、空穴传输和机械性能）的经济高效的p型聚合物半导体对于提高正式钙钛矿太阳能电池的性能至关重要。迄今为止，广泛的聚合物半导体已被评估用于psc；然而，同时提供高效率、高稳定性和低成本的材料仍然稀缺。

鉴于此，浙江大学Peng Wang&Niansheng Xu&Yaohang Cai团队通过直接芳基化缩聚合成了三种三苯胺-乙烯二氧噻吩交替共聚物。第一种聚合物在非主链苯环上具有三个甲基，第二种聚合物具有一个2-辛基十二烷氧基，第三种聚合物包含半个三甲基和半个2-辛基十二烷氧基的组合。不同取代基的变化和组合导致了分子量、玻璃化转变温度、最高占据分子轨道能级以及薄膜形态的差异。与仅具有一种取代基的参考聚合物相比，不同取代基的协同使用导致聚合物半导体复合薄膜具有更平滑的形貌和更高的电导率。利用交替聚合物p-TPA3Me-E-TPAOOD-E，制造的钙钛矿太阳能电池达到了25.4%的平均光电转换效率。超过了在相同条件下使用spiro-OMeTAD (24.1%), PTAA (20.5%), p-TPA3Me-E（23.2%）和p-TPAOOD-E（23.3%）制造的细胞。重要的是，基于p-TPA3Me-E-TPAOODE的电池在85℃的热储存和45℃的运行条件下表现出优异的稳定性。

该研究表明取代基的变化导致聚合物半导体HOMO能级的差异，随后影响了空气氧化掺杂的程度和钙钛矿激子态空穴萃取率。这些共聚物表现出与空穴密度相关的迁移率和电导率。该研究为高性能聚合物半导体的设计策略提供了新的见解。未来的研究应集中于探索这些有机半导体的替代p型掺杂剂，以进一步提高psc的性能。