Angew. Chem. ：分子自组装调控非掺杂有机空穴传输材料制备高性能钙钛矿太阳能电池及组件

到目前为止，大多数高效率钙钛矿太阳能电池均基于n-i-p结构，且使用4-叔丁基吡啶（tBP）和双（三氟甲烷）磺酰亚胺锂（Li-TFSI）-掺杂的2,2′,7,7′-四（N，N-二-对甲氧基苯基胺）9,9′-螺二芴（Spiro-OMeTAD）作为空穴传输层。尽管Li-TFSI和tBP掺杂剂可以明显提高空穴传输层的导电性，但Li-TFSI的吸湿性和tBP挥发性均易导致空穴传输层薄膜恶化，严重影响器件稳定性。为解决这一问题，苏州大学李永舫院士团队李耀文教授等人提出了一种分子组装调控策略，通过从原子到分子水平精准设计并合成了高性能的线性有机小分子空穴传输材料BDT-DPA-F。

BDT-DPA-F通过强电负性F原子修饰可增强分子内电荷离域，构建C-H···F氢键和F···S偶极-偶极相互作用；端基甲氧基二苯胺可以有效改善分子共平面性，进一步加强分子内电荷离域，提升π-π堆积效应，利用上述分子间弱键相互作用诱导分子自发进行组装。

从TEM和AFM图像可以看出，BDT-DPA-F分子可自组装形成纤维网络形貌。通过GIWAX表征，BDT-DPA-F的面外（010）衍射峰（q_z = 1.69 Å⁻¹处）强度最强，且其晶体相干长度值最大，这表明BDT-DPA-F紧密的π-π堆积特性可以增加具有组装纤维结构的薄膜的结晶度。

BDT-DPA-F不仅与钙钛矿能级匹配，而且高度有序的纤维状薄膜可进一步降低无序能，提高空穴迁移率和电导率。

以BDT-DPA-F薄膜作为n-i-p型钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，在不进行任何掺杂条件下，小面积（0.062 cm²）器件实现了23.12%的纪录效率（认证效率：22.48%），且当活性层有效面积扩大约250倍后，大面积组件（15.64 cm²）仍能保持20.17%的效率，获得了基于非Spiro-OMeTAD HTL的pero-SC组件效率的最高值，该材料展现了优异的弱尺寸依赖效应。更重要的是，电池同时具有优越的工作和热稳定性：在最大功率点下持续工作1200 h后，保持初始PCE的82.6%；85ºC下热老化1200 h后，保持80.3%。综上所述，分子组装策略是开发具有优越电荷传输特性的非掺杂有机空穴传输材料的有效途径之一。同时，这类材料也为促进高效、稳定和大面积钙钛矿太阳能电池的发展提供一个新的思路。

论文信息

Molecular Self-Assembly Regulated Dopant-Free Hole Transport Materials for Efficient and Stable n-i-p Perovskite Solar Cells and Scalable ModulesQinrong Cheng,Haiyang Chen,Fu Yang,Ziyuan Chen,Weijie Chen,Heyi Yang,Yunxiu Shen,Xue-Mei Ou,Yeyong Wu,Prof. Yaowen Li,Prof. Yongfang Li

该工作第一作者是苏州大学博士研究生成沁蓉和博士后陈海阳，通讯作者为李耀文教授。

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202210613