近日，我院梁爱辉&陈义旺教授围绕正式钙钛矿太阳能电池空穴传输材料的分子设计取得新进展。相关成果以《Dithiafulvalene-Based Hole Transport Materials Enabling Efficient and Stable n‑i‑p Perovskite Solar Cells via a Robust Doping‑Oxidation Mechanism》为题发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》（IF:17.6）。江西师范大学为论文第一完成单位，2024级博士研究生谢罡和2023级硕士研究生陈玲、杨永龙为共同第一作者，梁爱辉教授和陈义旺教授为通讯作者。
金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）因高效低价易制作而备受关注。n-i-p PSCs中常用的Spiro-OMeTAD空穴传输材料（HTM），其传统掺杂剂（LiTFSI/t-BP）带来湿气敏感性和热不稳定性，且自身氧化过程不可控，制约器件寿命。问题的根源在于芳胺类HTMs的p掺杂氧化机制中，自由基阳离子稳定性差，易受环境影响。为此，二硫富瓦烯（DTF）基HTM因其强给电子性和高度离域的自由基阳离子，具有更稳定的氧化态和有序固态堆积，有望实现高效掺杂。但目前DTF基HTMs在PSCs中多用作非掺杂HTMs，性能欠佳，主要因对其共轭结构设计、氧化还原机制和自由基稳定性的认识不足。因此，深入探究DTF基HTMs的结构-性能关系，对开发高效稳定的n-i-p PSCs具有重要意义。
江西师范大学梁爱辉和陈义旺等人设计合成了三种以茚并芴（IF）为核心、分别被芴（Fl）和二硫富瓦烯（DTF） 单元取代的空穴传输材料，命名为IF-FF、IF-TF和IF-TT。DTF单元的引入赋予了IF-TT更优的平面性、优化的能级对齐、增强的堆叠取向和有效的界面钝化。更重要的是，通过Magic Blue（MB）和LiTFSI的协同掺杂-氧化，IF-TT生成了高度离域、结构稳定的硫中心自由基阳离子（[DTF]·+），极大加速了后氧化过程。值得注意的是，IF-TT·+与LiTFSI的相互作用强于Spiro-OMeTAD·+，导致掺杂后获得更高浓度的稳定自由基。因此，IF-TT表现出优异的掺杂稳定性和电荷传输性能。基于IF-TT的钙钛矿太阳能电池实现了25.89% 的显著效率，优于Spiro-OMeTAD基器件（25.29%）。此外，增强的自由基稳定性和改善的薄膜特性赋予IF-TT基器件卓越的运行稳定性。该研究强调，稳定掺杂过程中产生的自由基物种是协同提升钙钛矿太阳能电池效率和长期稳定性的关键策略。
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.1115640
[三审三校：梁爱辉 胡晓玉 梅 云]
