基于钛氧簇和苝酰亚胺的有机-无机杂化材料用于高效率钙钛矿与有机太阳能电池的电子传输层

基于钛氧簇和苝酰亚胺的有机-无机杂化材料用于高效率钙钛矿与有机太阳能电池的电子传输层

二氧化钛（TiO₂）纳米材料普遍用作不同薄膜太阳能电池的电子传输层（ETL），例如染料敏化太阳能电池（DSSC），钙钛矿太阳能电池（PSC）和有机太阳能电池（OSC）。但是，TiO₂在光伏电池中的应用仍受到电子迁移率低、表面粗糙度高和缺陷密度大的限制，不利于TiO₂界面与有机/无机吸光层之间形成欧姆接触，造成在界面处存在严重的电子累积与复合，从而导致低能量转换效率（PCE）和平面PSC中的显著的迟滞现象。

近日，北京化工大学/江西省科学院李韦伟教授团队开发了一种可溶液处理的有机-无机杂化材料。在这项工作中，研究人员利用钛氧团簇表面配体的可交换性，将苝酰亚胺分子衍生物BPTI-OH修饰于CTOC的外围（图1）。合成的目标分子CTOC-3-BPTI显示出优异的溶解性、合适的能级与良好的电子迁移率，使其应用于PSC和OSC器件的电子传输层，分别获得了20.14%和16.71%的高能量转换效率。

在PSC器件中，CTOC-3-BPTI作为TiO₂与钙钛矿吸光层之间的界面修饰层，得益于对TiO₂表面功函的调节、膜层形貌的改进和缺陷态的钝化，以及在钙钛矿吸光层与界面层之间增强的电子转移，使用CTOC-3-BPTI/TiO₂作为电子传输层的器件能量转换效率远高于使用CTOC-3（16.82%）和BPTI-OH（17.21%）的器件（图2）。CTOC-3-BPTI的优越性在OSC中得到了进一步验证，在基于PM6:Y6的OSC器件中，CTOC-3-BPTI/PDINO作为电子传输层的电池效率达到了16.71%（图3）。

总之，这项工作通过引入新的团簇和有机分子，开辟了一类新的有机-无机杂化材料，展示了它们在有机电子领域的广阔应用前景。

相关成果以“An Organic-Inorganic Hybrid Material based on Benzo[ghi]perylenetri-imide and Cyclic Titanium-Oxo Cluster for Efficient Perovskite and Organic Solar Cells”为题发表在中国化学会旗舰期刊CCS Chemistry上。硕士生张洲以及韩发明博士和方洁博士是论文第一作者。研究工作得到国家自然科学基金，江西省自然科学基金重点项目以及江西省科学院博士启动基金的资助。

原文链接：https://www.chinesechemsoc.org/doi/10.31635/ccschem.021.202100825