鈣鈦礦太陽能電池（PSC）因其卓越的光伏性能和經濟實惠而聞名。然而，電荷傳輸材料的高成本仍然是其商業化的主要障礙。傳統材料如2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD) 價格昂貴且生產複雜。

因此，開發低成本、高效的替代品對於提高 PSC 的經濟可行性至關重要。解決這些問題對於推進太陽能技術和實現更廣泛的採用至關重要。因此，本研究的重點是創造具有成本效益的電洞傳輸材料，以克服這些障礙並增強 PSC 的商業潛力。

華僑大學和曲阜師範大學的研究人員宣布了太陽能領域的一項開創性進展。他們的學習，發表2024 年 6 月發表於期刊上能源材料與裝置，介紹了三種可以重新定義 n-i-p PSC 效率的新型電洞傳輸材料。這些精心設計和合成的材料具有卓越的性能，有可能超越當前太陽能電池性能的基準，為再生能源的未來邁出了充滿希望的一步。

本研究介紹了三種經濟高效的電洞傳輸材料(HTM) 的開發，即4,4'-(3,3'-雙(4-甲氧基-2,6-二甲基苯基)- [2,2'-聯噻吩]- 5,5'-二基)雙(N,N-雙(4-甲氧基苯基)苯胺) (TP-H), 4,4'-(3, 3'-雙(4-甲氧基-2,6-二甲基苯基) -[2,2'-聯噻吩]-5,5'-二基)雙(3-甲氧基-N, N-雙(4-甲氧基苯基)苯胺)(TP-OMe)和4,4'-(3, 3'-雙(4-甲氧基-2,6-二甲基苯基)- [2,2'-聯噻吩]-5,5'-二基)雙(3-氟-N,N-雙(4-甲氧基苯基)苯胺) (TP-F)，使用聯噻吩核心。這些材料旨在增強分子結晶度和溶解度，這對於 PSC 中的有效電洞傳輸至關重要。

特別是 TP-F 取得了電源轉換效率(PCE)超過24%，歸因於其氟原子取代，增強了分子間堆積，降低了最高佔據分子軌道(HOMO)能階，並改善了電洞遷移率和電導率。這些改進減少了 PSC 中的缺陷態並最大限度地減少了陷阱介導的重組。

研究強調了3,3'-雙（4-甲氧基-2,6-二甲基苯基）-2,2'-聯噻吩核心結構在創建高效能、低成本HTM 方面的潛力，展示了PSC 技術和鋪路方面的重大進步尋求更具商業可行性的太陽能解決方案的途徑。

該研究的主要研究員高偉博士表示：「這些新型 HTM 的開發標誌著朝著使 PSC 更具商業可行性邁出了重要一步。這些材料的效率提高和成本降低可以加速 PSC 在太陽能領域的採用。能源市場，提供更永續且更具成本效益的能源解決方案。

這項研究的影響是深遠的，因為它為高效、低成本 PSC 的商業化生產開闢了新途徑。TP-F 成功整合到 PSC 中表明這些材料具有顯著減少生產成本同時保持高效能。這一進步可能導致更廣泛地採用太陽能技術，為全球永續能源發展做出貢獻並減少對化石燃料的依賴。

更多資訊：Lang Li等人，用於高效n-i-p鈣鈦礦太陽能電池的基於聯噻吩的經濟有效的電洞傳輸材料，能源材料與裝置（2024）。DOI：10.26599/EMD.2024.9370036

提供者：清華大學出版社