mile米乐m6官网 成功开发出新型有机空穴传输材料，有助于提高钙钛矿太阳能电池的耐久性

米乐m6官方网站（以下简称“AIST”）零排放国际协同研究中心有机太阳能电池研究小组组长村上拓郎和首席研究员小野泽信子与日本精细化学株式会社（以下简称“日本精细化学”）联合钙钛矿太阳能电池有机用于空穴传输材料,掺杂剂无需使用添加剂即可实现高光电转换效率。

钙钛矿太阳能电池中使用的空穴传输材料（图1）中，有机空穴传输材料通常比无机材料具有更高的光电转换效率，其开发实例也有很多。许多有机空穴传输材料添加锂离子等掺杂剂作为添加剂，使空穴更具迁移性并实现高光电转换效率。然而，锂盐等掺杂剂通常具有吸湿性，会因吸收水分而降解钙钛矿层，从而降低耐久性。因此，人们一直期待开发无需添加掺杂剂即可实现高光电转换效率的空穴传输材料。

这次，通过在传统的空穴传输材料中引入新的化学结构，我们成功地创造了一种无需添加掺杂剂即可实现高光电转换效率的新型空穴传输材料。与不添加掺杂剂的传统空穴传输材料（图 2 左）相比，转换效率提高了约 30%。此外，为了确认耐久性，我们进行了耐热性测试（未密封、在黑暗中），结果发现即使在1000小时后仍保持初始光电转换效率。

这项技术有望有助于提高钙钛矿太阳能电池的效率和耐用性。该技术的详细内容将于2022年3月25日第102届日本化学会春季年会（2022年）上在线公布。

为了应对日益增长的社会对碳中和的需求，需要进一步扩大太阳能发电的引入。另一方面，太阳能发电存在依赖进口材料等问题，成本有望进一步降低。此外，在日本，太阳能发电已经在易于安装的平坦地区引入，未来将需要新型超轻太阳能电池，可以安装在以前难以安装在城市地区的建筑物的墙壁和窗户上，以及负载能力较低的工厂屋顶上。

钙钛矿太阳能电池可以通过涂覆钙钛矿晶体原料溶液或通过印刷等叠层来制造，因此可以低成本制造。目前，约1平方厘米的研究电池的光电转换效率超过20%，使其成为高效率、低成本的下一代太阳能电池。它还比传统太阳能电池更薄，可以制成薄膜，并且能抵抗弯曲等变形，因此很容易安装在曲面上。为此，它有望成为一种新型超轻量太阳能电池，可以安装在以前难以安装的地方，大大扩展发电地点的范围。

迄今为止，AIST以钙钛矿太阳能电池的实际应用为目标，一直在研究改进钙钛矿成分以使其更加高效和耐用，以及在钙钛矿层和空穴传输层之间的界面上有效提取能量的技术。钙钛矿太阳能电池中用于空穴传输层的材料对光伏转换效率和耐久性具有重大影响。

日本精细化学拥有高效合成空穴传输材料骨架分子的技术和经验，因此AIST自2017年起就与该公司合作，共同开发空穴传输材料。

钙钛矿太阳能电池中使用的有机空穴传输材料无需掺杂即可表现出空穴传输能力大厅流动性很小。因此，通过混合锂离子等掺杂剂，空穴迁移率提高约10倍，从而获得高光电转换效率。然而，掺杂剂会降低对热、光和湿气的耐久性。因此，需要开发无需添加掺杂剂即可实现高效率的空穴传输材料。

Spiro-OMeTAD是一种用于钙钛矿太阳能电池的有机空穴传输材料，其分子尖端有一个由氧和甲基组成的甲氧基（图2左）。

通过将该甲氧基改变为由氮和甲基组成的二甲氨基，将电子送入分子中的能力（给电子性）增加。通过在靠近分子中心的位置引入具有较高从分子内部提取电子的能力（吸电子特性）的氰基，我们认为空穴传输材料内部的电子可以广泛移动，并合成了一种如图2右侧所示的新型空穴传输材料。

首先，在空穴传输材料中不添加掺杂剂的条件下，将传统材料和新型空穴传输材料各自用作钙钛矿太阳能电池(MAPbI)。₃)（图3），光电转换效率提高了约30%，从传统材料的129%提高到新材料的163%。钙钛矿[Cs_0.05（FA_0.85马_0.15)_0.95铅(I_0.89Br_0.11)₃]结合使用时，转换效率达到187%（图4）。研究还发现，与普通空穴传输材料（100至200 nm厚）相比，这种新型空穴传输材料可以做得更薄（30至50 nm厚）。由于可以使用更少的材料形成膜，因此认为这也将导致成本降低。此外，对未密封的太阳能电池进行了85°C的耐热性测试（这是一种耐久性测试），结果电池的初始性能保持了近1000小时，显示出高耐热性（图5）。这样，新开发的空穴传输材料可以提高钙钛矿太阳能电池的转换效率和耐久性。

未来我们将合成并比较各种分子结构的新型空穴传输材料，旨在通过提高无掺杂剂的空穴传输材料的性能来进一步提高太阳能电池的性能。关于耐久性，除了进一步提高耐热性外，耐湿性和耐光性测试将证明对实际使用有用的长期稳定性。

此外，我们将通过优化钙钛矿成分、引入降解抑制技术和密封技术，开发寿命达到或超过20年的高效钙钛矿太阳能电池。

◆钙钛矿太阳能电池

由有机和无机材料制成的钙钛矿晶体组成的钙钛矿层电子传输层和空穴传输层。钙钛矿晶体吸收光，光能在钙钛矿晶体层内产生带负电的电子和带正电的空穴。这里产生的电子通过电子传输层被提取到外部电极，同样产生的空穴通过空穴传输层被提取到外部电极，产生电流和电压，并将光能转换成电能。[返回来源]

◆空穴传输材料

一种用于提取发电层内产生的空穴（正电荷）并将其传输至电极的材料。这层材料称为空穴传输层。在钙钛矿太阳能电池中，Spiro-OMeTAD (2,2',7,7'-Tetrakis(N,N-二对甲氧基苯氨基)-9,9'-螺二芴)和PTAA(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])。在钙钛矿太阳能电池中，使用有机材料（有机空穴传输材料）作为空穴传输层有望提供比无机材料更高的性能。[返回来源]

◆掺杂剂

一种少量添加到半导体和其他材料中的杂质，目的是改变物理性质，例如导电性。用于空穴传输材料的已知添加剂包括碱性化合物例如锂盐和吡啶衍生物以及钴络合物。[返回来源]

◆大厅流动性

孔移动的速度。在太阳能电池中，空穴迁移率越高，空穴越容易移动，可以获得更高的光电转换效率。[返回来源]

◆钙钛矿

一种晶体结构。该词原指氧化物钙钛矿，但通式ABX₃。本文中A为甲基铵离子(CH₃NH₃⁺)，B是铅离子(Pb²⁺)，X是卤化物离子(I^-组成）₃NH₃)PbI₃及其衍生物。[返回来源]

◆电子传输层

用于提取发电层内产生的电子并将其传输至电极的层。钙钛矿太阳能电池通常使用n型半导体，例如氧化钛或氧化锡。[返回来源]