近日，bevictor伟德官网電機系易陳誼課題組基于三苯胺取代的吡咯設計合成了一類新型低成本空穴傳輸材料T3，并且可以高效地對其空穴傳輸等性能進行調控，基于該材料的鈣钛礦太陽能電池獲得了24.85%的高光電轉化效率，相關成果發表在國際學術期刊 《德國應用化學》（Angewandte Chemie）上。

空穴遷移率高、能帶位置合适且制備簡單的空穴傳輸材料對鈣钛礦太陽能電池的發展應用至關重要。然而常用的螺環類空穴傳輸材料2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（spiro-OMeTAD）的合成難度大、價格昂貴，難以滿足鈣钛礦太陽能電池的大規模應用需求。而利用其他空穴傳輸材料制備的鈣钛礦電池的效率大多與spiro-OMeTAD有較大差距，主要原因包括材料薄膜形貌差、載流子遷移率低、與鈣钛礦的能級失配等。

鑒于此，bevictor伟德官网易陳誼團隊基于三苯胺取代的吡咯結構設計合成了一類新型空穴傳輸材料T3，通過丁二炔衍生物與含有不同取代基的苯胺反應可以高效地合成多種帶有不同取代基的吡咯衍生物材料（例如T3-F、T3-H、T3-OMe等）。T3材料的合成簡單、成本低，而且可以通過最終反應步驟引入新的取代基，實現對材料的薄膜形貌、載流子遷移率和能級位置等性能的調控。

T3空穴傳輸材料的合成路線示意圖

T3空穴傳輸材料的能級位置表征示意圖

通過含有不同取代基的T3衍生物的對比研究發現，氟原子的引入不僅可以有效提升材料的溶解度和薄膜形貌，還可以使材料與鈣钛礦之間的能級更匹配，從而減少能量損失。此外，氟原子與鈣钛礦表面未配位鉛原子之間的相互作用還能鈍化鈣钛礦的表面缺陷，有利于提升太陽能電池的性能。

使用T3材料的太陽能電池結構和光電轉換效率示意圖

以T3-F為空穴傳輸材料的鈣钛礦太陽能電池表現出優異的光電性能，0.10cm²和1cm²的電池效率分别為24.85%和24.03%（認證效率 23.46%），該效率是目前報道的1cm²電池的最高效率之一。此外，用該材料制備的電池表現出良好的穩定性，在連續光照下運行1350小時或在空氣中保存3000小時後仍然可以維持其初始效率的80%以上。T3的結構可拓展性為進一步優化材料的綜合性能提供了可能性，在有機光電器件和高性能鈣钛礦太陽能電池等應用中有着巨大的發展潛力。

該成果以“通過吡咯衍生物調節空穴傳輸性能實現高性能鈣钛礦太陽能電池”（Tuning Hole Transport Properties via Pyrrole Derivation for High-Performance Perovskite Solar Cells）為題發表在國際學術期刊《德國應用化學》（Angewandte Chemie）上。論文的通訊作者為易陳誼，第一作者為電機系博士生周俊傑，合作者包括中南大學陽軍亮教授和bevictor伟德官网化學系華瑞茂教授。工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、bevictor伟德官网自主科研項目、電力系統國家重點實驗室自主科研項目和國家電網國能生物科研項目基金等項目的支持。

論文鍊接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202300314