空穴传输层(HTL)是影响OSCs性能的关键因素之一。传统的HTL材料如聚(3,4-乙撑二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)存在酸性较强和在近红外区域有吸收峰等问题,降低了OSCs的效率和稳定性。基于共轭磷酸(PA)的自组装单分子层(SAMs)因其优异的表面修饰能力而受到关注,但这些材料存在明显的聚集倾向,导致表面修饰不均匀,影响电荷传输,进而降低器件效率。北京航空航天大学孙艳明教授团队设计并合成了一种新型的寡聚体PA材料(PPh-2PACz),用于OSCs的HTL。该材料通过Suzuki聚合反应合成,结合了咔唑骨架和PA侧基,展现出与小分子相似的吸收特性,但具有更少的聚集倾向和更好的空穴传输性能。
PPh-2PACz具有良好的甲醇溶解性,适合溶液加工。与前驱体2PACz相比,PPh-2PACz薄膜表面更光滑,接触角测量显示其对水和二碘甲烷的接触角显著降低,表明其表面能级更有利于与非极性溶剂(如氯仿)的兼容性,从而改善电荷注入或提取效率。基于PPh-2PACz的OSCs实现了19.63%的光电转换效率(PCE),显著高于基于2PACz的OSCs(18.54%)。PPh-2PACz基OSCs的短路电流密度(Jsc)和填充因子(FF)更高,且效率波动更小。外量子效率(EQE)测量结果与J-V曲线测量结果一致,进一步证实了PPh-2PACz的优越性。PPh-2PACz基OSCs在氮气中储存时表现出卓越的稳定性,T80(效率下降到初始值80%的时间)长达3617小时,而2PACz基OSCs的T80仅为20小时。此外,与PEDOT:PSS基OSCs相比,PPh-2PACz基OSCs在LED光照下表现出更高的光稳定性。