2PACz((2‑(9H‑咔唑‑9‑基) 乙基) 膦酸)是标杆型自组装单分子层(SAM)材料。分子主体为富电子咔唑基团,带有乙基膦酸锚固基团,可作为倒置钙钛矿太阳能电池的空穴选择层(HSL)界面材料。
该材料可在氧化铟锡(ITO)基底表面发生自组装,在有机太阳能电池与钙钛矿太阳能电池中充当空穴选择层;也可替代 PEDOT:PSS 用作空穴传输 / 空穴抽取层。作为界面层,2PACz 能够调控 ITO 基底的功函数,同时改变活性层材料的薄膜形貌。
在钙钛矿太阳能电池中,2PACz 具备优异的能级匹配性,可显著降低电极‑钙钛矿界面处的非辐射复合,器件性能优于采用传统标杆空穴传输层的器件。相较于常用空穴传输材料 PTAA,该自组装单分子层与钙钛矿吸收层价带的能级匹配效果更佳。
使用 2PACz 可以构建近乎无损耗的接触界面,限度抑制界面复合,提升单结及叠层太阳能电池的光电转换效率。2PACz 可诱导光活性层发生自发的垂直相分离,形成垂直方向组分分布,从而提升载流子迁移率与产生效率,并抑制室内有机光伏器件中的陷阱辅助复合与漏电流。
有文献报道,将 2PACz 作为自组装中间层(SAI)制备厚度 2‑6 nm 薄膜(并非严格单分子层,为多层覆盖),实现基底完整覆盖,基于 PBDB‑T‑2F:L8‑BO:BTP‑EC9 三元活性层的有机聚合物非富勒烯太阳能电池取得 20.17% 的世界纪录效率(第三方认证效率 19.79%,2024‑03‑21 发表)⁽¹⁾。
2PACz 用作有机太阳能电池与钙钛矿太阳能电池的空穴选择接触层,是 PEDOT:PSS 的高性能替代材料;可采用低浓度溶液法制备,典型使用浓度仅 1 mM,工艺便捷。
常用加工溶剂:乙醇、甲醇、四氢呋喃(THF)、异丙醇(IPA)、二甲基甲酰胺(DMF) 常用工作浓度:1 mM(0.275 mg/mL)或 1.0 mg/mL(1 mg 2PACz 溶于 1 mL 乙醇)
标准加工流程:取 100 μL 2PACz 溶液滴加至基底表面中心,3000 rpm 转速旋涂 30 s;随后 100 ℃退火 10 min,退火完成后冷却至室温。
别名:(2‑(9H‑咔唑‑9‑基) 乙基) 膦酸
类别:咔唑衍生物、自组装单分子层、空穴传输层、空穴抽取层、p‑i‑n 型钙钛矿太阳能电池、有机光伏材料
纯度:>98%(¹H‑NMR 核磁标定) 熔点\(\boldsymbol{T_m}\):231 ℃ 外观:类白色粉末 / 晶体