您当前所在位置：首页 > 资讯信息 > 学术前沿
pg电子娱乐游戏app 科研分享：类SBF螺芳基钙钛矿太阳能电池空穴传输材料（螺[芴-9,9′-氧杂蒽]、螺吖啶、螺硫杂蒽）的研究进展
发布时间：2022-01-21     作者：zhn   分享到：

摘要：


近10年,第三代光电能源转换技术钙钛矿太阳能电池(PSCs)正迅速崛起.基于有机-无机杂化钙钛矿材料的本征半导体特性以及PSCs平面多层器件架构特点,采用有机小分子空穴传输材料(HTMs)作为PSCs的p-型层,不仅实现了PSCs器件的全固态化,且大幅提升了器件效率及稳定性.以当前通用的标准空穴传输材料spiro-OMeTAD(2,2′,7,7′-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9′-螺二芴)为模板,研究人员开展了众多结构剖析和改进工作.随着HTMs分子设计以及合成方法学的进展,近5年来,一系列低成本、高性能的类SBF螺芳基标段逐渐兴起,并迅速进入空穴传输材料领域,如:螺[芴-9,9′-氧杂蒽]、螺吖啶、螺硫杂蒽等.螺芳基核结构的日益丰富,大大拓展了HTMs分子的设计空间,从而推动了PSCs效率和稳定性的不断提升.


基准空穴传输材料:spiro-OMeTAD

spiro-OMeTAD是在螺二芴核上构建的正交四元芳香叔胺分子,叔胺单元作为空穴传输功能部分;而刚性螺环核结构使其在应用中,能保持空穴传输层的热和形貌稳定性及三维载流子输运性能,从而减少激子复合,确保电池效率和寿命.目前,spiro-OMeTAD是钙钛矿太阳能电池中的基准空穴传输材料.

image.png



团伙spiro-OMeTAD中,三维图像螺二芴(SBF)原子能以较小的面积集成化大量的空穴网络传输模快;而芳胺好的p-型优点,可掩盖选址唯一;为此,依据spiro-OMeTAD的构成不断改进基本展开讨论芳胺模快的掩盖开发.


螺二芴(SBF)基空穴传输材料

image.png



如图例举了近年立于SBF的高的性能空穴接入原材质的大分子空间结构.依据spiro-OMeTAD,成果转化工作员准备一个多系列产品空穴接入原材质。

pm-spiro-OMeTAD、po-spiro-OMeTAD、pp-spiro-OMeTAD、2,4-spiro-OMeTAD

image.png

3,4-spiro-OMeTAD、DM、SC、ST

image.png


spiro-MeTAD1（spiro-TTB） 、spiro-MeTAD2 、CF-SP-BTh 、spiro-mF

image.png


spiro-oF 、spiro-OMeIm、G1、Dispiro-OBuTAD

image.png


spiro-F1、spiro-F2、spiro-F3

image.png



表1以螺二芴为中心核的空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

image.png




螺[芴-9,9′-氧杂蒽]基空穴传输材料

螺[芴-9,9-氧杂蒽](spiro[fluorene-9,9′-xanthene],SFX)的结构及合成与SBF于1930年一同被报道。从反应性来看,SFX 氧杂蒽侧可供修饰位置比SBF更活泼和丰富,有利于相关材料的结构衍生化.SFX单元在近 10年得到学界和产业界的广泛关注;尤其在空穴传输材料研究领域,众多高性能 SFX基分子不断涌现,结构、性能和成本方面的优势不断被发掘出来.

image.png




基本概念SFX的机构和本质特征特别,由纯虚函数核开发的空穴文件传输的涂料在近两年来足以很快开发,地方稳定性卓越的指标的涂料的氧分子与应当元器件稳定性指标总的于表2中
image.png




含N/S原子的螺芳基有机小分子空穴传输材料HTMs


出了**的SBF和SFX中心点核,用于也兼具平稳的十字重叠设计的螺芳基氧化物,10-苯基-10H-螺[吖啶-9,9′-芴](10-phenyl-10H-spiro[acridine-9,9'-fluorene], SAF)和螺[芴-9,9′-硫杂蒽](Spiro[fluorene-9,9′-thioanthrene], SFT)的空穴高速传输装修材料近几近些年也在钙钛矿阳光能微型蓄电池中收获了应用软件.



基于含氮螺环芳香骨架的HTMs

在SBF和SFX螺环理论知识上,理论调查人员进一歩经济发展好几回款型含N或S等杂原子团的核结构类型,使用于共建新的空穴高速传输装修材料。

CW3、CW4、CW5


image.png




SCZF-5、SAF-OMe、SAF-5



image.png




SFT-TPAM、SFT-TPA、ST




image.png



ST2、DDOF、G2(C102)


image.png




总结：
本论文述评了集聚含螺芳烃骨架的HTMs氧氧氧分子,据其电子器件能力体现,阐述高能力用料的组成蔓延.遵照螺芳烃核组成对高能力HTMs对其进行类型归纳法,总的了组成设定理念和构效的关联.成就感能够较多方面的述评,对在未来在螺芳烃根本上对其进行职能化,设定、配制能力愈发**的HTMs氧氧氧分子,做出几个点不断发展趋势。为HTMs氧氧氧分子建设出具可可以参考的机制,以此促进PSCs再次向**率、长使用期限的方便使用化方向上不断发展.


文章来源：

刘庆琳,任保轶,孙亚光,等. 螺芳基钙钛矿太阳星能锂电池空穴网络传输用料探索最新进展[J]. 化学上的学报,2021,79(10):1181-1196. DOI:10.6023/A21060253.



本文涉及的科研材料：

以螺二芴(SBF)为中心核的空穴传输材料

spiro-OMeTADpm-spiro-OMeTADpo-spiro-OMeTAD pp-spiro-OMeTAD 2,4-spiro-OMeTAD3,4-spiro-OMeTADDMSCSTspiro-MeTAD1 spiro-MeTAD2 CF-SP-BTh spiro-mFspiro-oF spiro-OMeImspiro-TTBG1Dispiro-OBuTADspiro-F1spiro-F2spiro-F3


以螺芴氧杂蒽(SFX)为中心核的空穴传输材料

mp-SFX-3PA mp-SFX-2PAmm-SFX-3PAmm-SFX-2PAHTM-FXHTM-FHTM-XHTM-X′HTM-FX′X59BTPA-4 BTPA-5BTPA-6 SFX-OMeTAD SFXDAnCBZ Y1 Y2 Y3X55 SFX-DTF1 SFX-DTF2 X26 X36SFX-TPAMSFX-TPAX60spiro-p,o-OMe spiro-Mespiro-SMe spiro-FOMespiro-Hspiro-IAXDB XOPXMP XPP  X61 aX62 a 2mF-X59  SFX-o-2F SFX-m-2FSFX-p-2F 


含硫、氮的螺芳基芴衍生物的空穴传输材料

10-苯基-10H-螺环[吖啶-9,9′-芴]空穴传送原材料CW3CW4CW5SAF-OMeSAF-5 SFT-TPAMSFT-TPA STST2 DDOF G2


本文涉及的定制合成技术：

1.含螺芳烃骨架的HTMs分子式私人订制提炼

2.螺二芴(SBF)基空穴互传涂料的定制开发合成

3.螺[芴-9,9′-氧杂蒽](SFX)基空穴传输材料的定制合成 

4.螺吖啶基空穴输送材质的定制化聚合5.螺硫杂蒽基空穴发送产品的订做镶嵌 6.螺芳基核结构的的空穴高速传输产品的制作合成图片