近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員郭鑫和中科院院士李燦團隊，在鈣鈦礦太陽電池空穴傳輸材料的開發方面取得新進展，相關研究成果發表在《德國應用化學》（Angew.Chem.Int.Ed.）上，并被選為VIP（VeryImportantPaper）論文。

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽電池因其較高的光電轉換效率受到廣泛關注，其中空穴傳輸材料（HTM）在提升器件效率方面發揮著重要作用。目前應用最為廣泛的HTM是Sprio-OMeTAD，但該分子的對稱性較高，易于結晶而導致其薄膜穩定性差且存在針孔缺陷，這不僅降低了器件的穩定性，還不適用于大面積器件的制備，極大限制了其在鈣鈦礦太陽電池中的應用。

據介紹，目前應用最為廣泛的空穴傳輸材料是Sprio-OMeTAD，但該分子的對稱性較高，易于結晶而導致其薄膜穩定性差，并且存在針孔缺陷，這不僅降低了器件的穩定性，也不適用于大面積器件的制備，極大限制了其在鈣鈦礦太陽電池中的應用。為了解決Sprio-OMeTAD的這些問題，研究團隊基于“降低分子對稱性，提高薄膜形態穩定性”的思路，從原來Sprio-OMeTAD的內核中“裁剪”出低對稱的新螺環核——螺茚，外圍結合咔唑類樹枝單元，成功合成了新型空穴傳輸分子Spiro-I。

“相比于準球形的Sprio-OMeTAD分子，該新分子呈現V型結構和更低的分子對稱性，因此分子的結晶傾向被有效抑制，同時更容易形成無針孔的高質量薄膜。”中科院大連化物所太陽能研究部郭鑫研究員介紹，將Spiro-I作為空穴傳輸材料制備鈣鈦礦太陽電池，其在大面積器件和器件穩定性方面的表現優于經典材料Sprio-OMeTAD。

為解決Sprio-OMeTAD的上述問題，在前期工作的基礎上（NanoEnergy,Small,SolarRRL），該團隊基于“降低分子對稱性，提高薄膜形態穩定性”的思想，從原來Sprio-OMeTAD的內核“裁剪”出低對稱的新螺環核——螺茚，外圍結合咔唑類樹枝單元，成功合成了新型空穴傳輸分子Spiro-I。相比于準球形的Sprio-OMeTAD，該新分子呈現V型結構和更低的分子對稱性，因此分子的結晶傾向被有效抑制，同時更容易形成無針孔的高質量薄膜。將Spiro-I作為HTM制備鈣鈦礦太陽電池，在大面積器件和器件穩定性方面的表現均優于經典材料Sprio-OMeTAD。此外，該分子合成成本更低，器件加工過程中使用量少，有利于降低電池的整體成本。這一工作為制備高效、穩定、低成本的鈣鈦礦太陽電池提供了新的空穴傳輸材料，也為空穴傳輸材料的分子設計提供了新思路，將有助于推動鈣鈦礦太陽電池的進一步發展。

另外，該團隊一直致力于新型光伏器件載流子傳輸層及其界面修飾的研究工作，除了此次開發的鈣鈦礦太陽電池空穴傳輸材料，他們還報道過多種有機太陽電池的電子和空穴傳輸材料，并取得了優異的器件性能（J.Mater.Chem.A,J.Mater.Chem.A,Org.Electron.,J.Mater.Chem.A,ACSAppl.Mater.Interfaces）。這些工作有助于大連化物所在具有自主知識產權的新型光伏技術所需關鍵材料體系方面的進一步發展。

上述研究工作得到青年項目、國家自然科學基金、兩所融合基金以及博士后基金等的資助。