π桥单元调控菲并[9,10-d]咪唑基空穴传输材料提升钙钛矿太阳能电池性能与稳定性

《Journal of Materials Chemistry A》：Phenanthro[9,10-d]imidazole-based hole transport materials for perovskite solar cells: influence of π-bridge units

本研究针对钙钛矿太阳能电池中空穴传输材料对提升器件效率与稳定性的关键需求，开发了基于菲并[9,10-d]咪唑核心的新型HTMs。通过系统引入苯环、吡啶、联噻吩等π桥单元，成功优化材料光电性能，其中O-FDIMD-Ph实现20.7%的冠军效率（超越spiro-OMeTAD），且多数材料在500小时光照后仍保持95%初始效率，为低成本高效稳定PSCs的开发提供新策略。

　　

空穴传输材料（HTM）在实现钙钛矿太阳能电池（PSC）的高效率和稳定性方面起着至关重要的作用。本研究开发了一系列易于合成且成本效益高的新型HTM，它们表现出优异的性能。这些材料以菲并[9,10-d]咪唑（PTI-imidazole）为核心，在其C6和C9位置取代了三苯胺单元作为给体（Donor），并在C2位置引入了多种π共轭单元，包括苯（FDIMD-Ph和O-FDIMD-Ph）、吡啶（O-FDIMD-Py）、2,2'-联噻吩（O-FDIMD-Th-Th）、噻吩并[3,2-b]噻吩（O-FDIMD-TT）以及二噻吩并[3,2-b:2',3'-d]噻吩（O-FDIMD-TTT）。通过调控π连接桥，研究人员精细调整了材料的光电性质。这些材料具有稠环、平面和对称的结构，展现出良好的溶解性，并有助于形成均匀的薄膜形貌。最终，基于O-FDIMD-Ph的器件获得了超过20.7%的平均冠军能量转换效率（PCE），优于基于spiro-OMeTAD（20.3%）的器件。除O-FDIMD-Py外，大多数HTM在25°C下经过500小时的光照后，仍能保持约95%的初始PCE。此外，含噻吩的π桥单元（如O-FDIMD-Th-Th、O-FDIMD-TT和O-FDIMD-TTT）促进了显著的分子间相互作用和强大的π–π堆积，这有助于器件在85°C高温和持续光照条件下表现出显著增强的热稳定性。这些结果表明，在PTI-imidazole基HTM中进行π扩展是开发高效稳定PSC的一种有前景的策略。