由于具有溶液可加工性、低成本和出色的能量转换效率等优势，钙钛矿太阳电池获得了广泛的关注。然而，长期稳定性仍然是限制钙钛矿太阳电池进一步发展的关键。在钙钛矿和电极之间引入空穴传输材料是提高钙钛矿太阳电池效率和稳定性的有效途径。目前，spiro-OMeTAD是n-i-p结构钙钛矿太阳电池中最普遍使用的空穴传输材料，然而，由于spiro-OMeTAD的空穴迁移率低，常需要吸湿性的Li-TFSI、t-TBP等掺杂剂的进一步掺杂以增强空穴的提取和传输。掺杂过程不仅会增加器件制造的复杂性，而且还会造成钙钛矿的加速降解。因此，开发不含掺杂剂的空穴传输材料对于实现具有高效率和良好稳定性的钙钛矿太阳电池至关重要。共轭聚合物由于其可调控的能级、出色的稳定性、良好的成膜性和疏水性等优点，作为无掺杂剂的空穴传输材料获得了广泛的研究。开发新型的高效稳定的无掺杂钙钛矿空穴传输材料至关重要。

  华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室黄飞/薛启帆团队采用交替的苯并二噻吩和双噻吩酰亚胺单元构建了两种新型无掺杂的聚合物空穴传输材料PBTI和PFBTI。合适的能级、良好的成膜性、高的空穴迁移率和表面钝化效应使PBTI和PFBTI成为出色的空穴传输材料用于钙钛矿太阳电池。基于PFBTI的有机-无机杂化钙钛矿太阳电池实现了23.1%的能量转换效率。在相对湿度为45%的环境中暴露500小时后，仍能维持初始效率的80%。此外，PFBTI还被成功地应用于宽带隙无机钙钛矿电池和钙钛矿/有机叠层太阳能电池，分别实现了17.4%和22.2%的能量转换效率，显示出其可以作为一种高效和通用的空穴传输材料用于不同类型的钙钛矿太阳电池。 

图1：PBTI和PFBTI的(a)化学结构，(b)在氯仿溶液和薄膜状态下的紫外-可见吸收光谱，(c)循环伏安曲线，(d)能级图，(e)DFT计算的PFBTI的分子构象和HOMO能级分布。

图2：(a)SCLC测量的PBTI和PFBTI的空穴迁移率，(b)PBTI和(c)PFBTI薄膜的二维GIWAXS图。(d)PBTI和PFBTI的二维GIWAXS图案在平面内和平面外方向上的积分曲线，(e)钙钛矿/PBTI薄膜和(f)钙钛矿/PFBTI薄膜的AFM高度图。

图3：(a)PBTI和PFBTI的静电势分布，(b)原始PBTI和PFBTI薄膜以及相应的与钙钛矿的混合物的傅里叶变换红外光谱，(c)PFBTI、钙钛矿和钙钛矿/PFBTI的(c)Pb 4f、(d)S2p的XPS能谱，(e)spiro-OMeTAD、PBTI和PFBTI的时间分辨光致发光光谱。

图4：(a)基于PBTI、PFBTI和spiro-OMeTAD的钙钛矿太阳电池的J-V特性曲线，(b)采用不同HTMs的PVSCs的外量子效率（EQE）曲线，(c)不同HTMs的PVSCs在最大功率点测量的稳定功率输出，(d) 不同HTMs与水的接触角，(e)基于不同HTMs的未封装器件在黑暗中暴露在相对湿度为45%的环境中的湿度稳定性，(f)在充满氮气的手套箱中连续太阳光照射下，未封装的PVSCs的MPP连续跟踪。

  Mott-Schottky分析、陷阱密度表征、瞬态光电压，光强依赖、电致发光光谱等进一步说明了基于PFBTI的器件具有更强的空穴抽提能力以及抑制的非辐射复合损失。

  参考文献：

  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

  文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202110587

华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室黄飞/薛启帆团队招收钙钛矿光电方向博士生/博士后

  黄飞，国家杰出青年基金获得者，教育部长江学者特聘教授。现任华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室副主任。主要从事有机聚合物光电材料与器件方面的研究，在新型水醇溶界面材料及界面调控方法、新型聚合物光伏材料与器件等方向做出了系列创新成果。曾获教育部首届青年科学奖，美国化学会Arthur K. Doolittle Award奖，两次参与获得国家自然科学二等奖。任高分子学报副主编，Chemistry of Materials、Sci China Chem等刊物编委，中国材料学会高分子分会副秘书长。

  薛启帆，广东省杰出青年基金获得者，主要研究钙钛矿光电材料与器件，包括新材料开发、界面修饰、新型器件，器件物理及制作工艺改进，近五年在 Adv. Mater., Joule, Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater.等SCI刊物上发表论文60余篇，11篇入选ESI高被引论文，主持科技部、国家基金委和省市重点项目，获得全国创新大赛一等奖、德国DAAD科技奖、美国GE科技创新奖等，担任国际能源光子学会秘书长、广东省材料研究学会青年工作委员会委员、Frontiers in Chemistry期刊副主编、Materials Research Letters等期刊青年编委。