华东理工大学研究生，华东理工大学研究生院
本文转自：人民日报客户端
姜泓冰 华雪
4月28日，《科学》（Science）在线报道了华东理工大学吴永真教授/朱为宏教授团队与合作者在有机空穴传输材料领域最新研究成果。
该工作创新引入氰基膦酸单元，发展双亲性小分子空穴传输材料，通过动态自组装构筑有序、超薄、表面超浸润层，“一石二鸟”完美解决了器件应用中载流子输运和界面缺陷控制两大难题。这也是华东理工大学首次以第一通讯单位在《科学》发表研究性论文。
有机空穴传输材料作为一类重要的有机半导体材料，已经在静电复印、激光打印和有机发光二极管等领域取得了大规模商业化应用，同时也在新型光伏技术（如染料敏化太阳电池、有机光伏电池和钙钛矿太阳电池）中发挥着重要作用，但在光电器件应用中仍面临诸多问题，最突出的瓶颈问题，是其低迁移率特性限制电荷输运性能。此前，领域内主要通过引入“化学掺杂”提升薄膜电导率，但其过程复杂，制备难度高、重现性差，且不利于器件的长期稳定性。
吴永真、朱为宏团队创新提出锚定自组装策略，有效解决了载流子输运和界面缺陷控制两大难题。主要创新成果包括：
动态锚定自组装，构筑有序超薄膜突破空穴输运瓶颈。吴永真和朱为宏教授提出利用动态锚定自组装策略构筑单分子层水平的均匀、有序、超薄电荷传输层，大幅度提升空穴输运效率，前期工作中验证了自组装超薄膜的器件应用可行性，并通过系统设计分子的连接单元和锚定基团证实了该策略的普适性。
双亲性设计，实现表面超浸润与界面缺陷控制。系统比较羧酸、磺酸、膦酸、硼酸、氰基乙酸等锚定基团后，设计了新一代氰基膦酸锚定有机空穴传输材料。强吸电子性氰基的引入增加了膦酸的去质子能力和锚定基团的亲水性，使得该小分子材料具有独特的双亲性特征，易溶于各种不同极性的溶剂，超宽的可选溶剂窗口赋予材料灵活的加工方法和广泛的应用场景。
利用该双亲性小分子空穴传输材料，通过动态锚定自组装在透明导电基底氧化铟锡（ITO）上构筑了“双层”膜结构，即“锚定自组装有序单分子层”和“未锚定混乱无序覆盖层”。前者能够牢固地附着在ITO表面确保高效的空穴选择与输运，后者表面具有超浸润特性，不仅有利于上层大面积薄膜的均匀制备，而且能有效降低层间界面缺陷浓度。
解决载流子输运和界面缺陷难题，突破反式钙钛矿太阳电池认证效率纪录。新型小分子空穴传输材料具有可锚定、易溶解、易加工、超浸润等多项优点。基于该材料制备的反式结构钙钛矿太阳电池在第三方机构的认证效率达到25.39%，为目前该类太阳电池的最高认证效率。其良好的浸润性十分有利于制备大面积器件。此外，该类材料还可用于有机聚合物太阳电池，具有很好的通用性，目前已申请中国发明专利。
华东理工大学研究生(华东理工大学研究生院)