Me-2PACz是一種用于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池等光電器件的自組裝單分子層（SAM）材料，全稱(chēng)為甲基-2-(9H-咔唑-9-基)乙基膦酸（2-(3,6-dimethyl-9H-carbazol-9-yl) ethyl) phosphonic acid），是2PACz的甲基化衍生物。其分子式為C16H18NO3P，分子量為303.28。相較于2PACz，Me-2PACz更易溶于極性稍高的有機(jī)溶劑。其分子結(jié)構(gòu)包含咔唑基團(tuán)、膦酸基團(tuán)和甲基修飾的連接單元，通過(guò)膦酸基團(tuán)與金屬氧化物電極（如ITO）表面的羥基形成化學(xué)鍵，實(shí)現(xiàn)分子在電極表面的自組裝，形成均勻的單分子層，從而作為空穴傳輸層（HTL）促進(jìn)空穴的提取和傳輸，減少界面電荷復(fù)合，提升器件性能。HOMO≈?5.3?eV，LUMO≈?2.1?eV，工作函數(shù)約 4.9?eV，能夠在倒置結(jié)構(gòu)（p?i?n）鈣鈦礦或有機(jī)光伏器件中實(shí)現(xiàn)高效的空穴抽取并抑制電子泄漏。
其應(yīng)用領(lǐng)域主要集中在以下方面：
1. 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池
Me-2PACz作為空穴傳輸層，可有效提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。通過(guò)優(yōu)化界面能級(jí)匹配和抑制非輻射復(fù)合，有助于實(shí)現(xiàn)更高的開(kāi)路電壓、短路電流密度和填充因子，推動(dòng)鈣鈦礦電池向商業(yè)化應(yīng)用發(fā)展。當(dāng)用于混合自組裝單分子層時(shí)，它能有效阻止甲基銨從鈣鈦礦層遷移，減少器件降解。西南交通大學(xué)黃鵬團(tuán)隊(duì)將Me-2PACz應(yīng)用于倒置鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，在其上面旋涂煙酸（NCA），制備出了高效且紫外穩(wěn)定的電池，其功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了25.98%。
2. 有機(jī)太陽(yáng)能電池
在有機(jī)太陽(yáng)能電池中，Me-2PACz可替代傳統(tǒng)的PEDOT:PSS等空穴傳輸材料，解決其酸性、吸濕性等問(wèn)題，提高器件的穩(wěn)定性和效率，尤其在大面積制備和規(guī)模化生產(chǎn)中具有潛在優(yōu)勢(shì)，且加工工藝簡(jiǎn)便、材料用量極低，已成為當(dāng)前高效OPV體系中最具前景的空穴傳輸層之一。隨著合成成本的進(jìn)一步下降和大面積沉積技術(shù)的成熟，Me?2PACz有望在柔性、卷對(duì)卷印刷的商業(yè)化有機(jī)光伏模塊中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
3. 界面修飾與缺陷鈍化
Me-2PACz的分子結(jié)構(gòu)使其能夠與鈣鈦礦或有機(jī)活性層形成化學(xué)鍵合，鈍化界面缺陷，減少陷阱態(tài)密度，抑制電荷復(fù)合，從而延長(zhǎng)載流子壽命，提升器件的整體性能和穩(wěn)定性。
Me?2PACz的磷酸酯與ITO/NiO?表面形成Ti-O-P（或 Ni-O-P）鍵，顯著降低界面粗糙度并填補(bǔ)錨定不良導(dǎo)致的空位。實(shí)驗(yàn)表明，Me?O?2PACz（MeO?2PACz為Me?2PACz的氧化衍生物）在NiO?上的錨定能夠填補(bǔ)界面空洞、實(shí)現(xiàn)均勻電位分布，從而抑制電荷在界面處的局部聚集。
4. 光電器件的界面工程
通過(guò)與其他功能材料（如氧化鋁、硅氧烷彈性體等）協(xié)同作用，Me-2PACz可構(gòu)建復(fù)合界面結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步優(yōu)化電極與活性層之間的電子傳輸和界面穩(wěn)定性，拓展其在光電器件中的應(yīng)用范圍。
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