Chem. Asian J.:以吲哚并咔唑为核心单元的有机光电材料: 新分子设计、省步骤合成、与其在钙钛矿太阳能电池之应用

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图一. 以吲哚并咔唑(indolocarbazole)为核心的新型电洞传输材料: 加入亚乙基二氧噻吩(EDOT: 3,4-ethylenedioxythiophene)单元后大幅提升其相对应钙钛矿太阳能电池之光电转换效率。

吲哚并咔唑除了被大量应用于生物化学与医药化学相关范畴外,由于其分子具有高平面性、高电子密度等特性,也有一些研究团队认为其具有发展为光电材料之潜力,进而将此分子展示于有机光电材料领域中。然而,对于将此结构应用于电洞传输材料/钙钛矿太阳能电池的报导却相对较少。在众多太阳能电池之中,钙钛矿太阳能电池是近年来崛起的新星,许多团队投入了大量研究资源,关于钙钛矿太阳能电池的发展目前仍然持续不断推进当中。


台湾中央大学化材系刘青原教授研究团队最近成功地合成了15个以吲哚并咔唑(indolocarbazole)为核心分子的新型电洞传输材料。有别于传统合成途径,我们採取了省步骤且高效率的新合成策略,快速地引入了亚乙基二氧噻吩(EDOT: 3,4-ethylenedioxythiophene)单元作为吲哚并咔唑核心分子与末端基分子之间的架桥(-bridges),此外,引入氟原子在材料分子的结构中也大大地提昇了吲哚并咔唑电洞传输材料于有机溶剂的溶解度,此结果对于后续光电元件的制程上将更为有利。以上二者对于吲哚并咔唑的光电材料来说皆为新颖的分子设计。


更值得一提的,本次报导的新材料分子大部分不需要费时费工的管柱层析法纯化步骤,只需利用简单的再沉淀过滤法与冲洗即可得到高纯度的化合物。其中超过半数的电洞传输材料分子所制作成的钙钛矿太阳能电池元件不需要既定的氧化步骤,可以立即量测到大于10 %的光电转换效率,此研究结果有别于已经商业化的电洞传输材料spiro-OMeTAD所制作成的钙钛矿太阳能电池,此类电池元件通常需要12小时的氧化时间才能达到其最高之光电转换效率。

文信息

New Molecular Design, Step-Saving Synthesis, and Applications of Indolocarbazole Core-Based Oligo(hetero)arenes

Li Lin, Dr. Wei-Hao Chiu, Ming-Ling Cao, Prof. Dr. Kun-Mu Lee, Wei-Lun Yu, Prof. Dr. Ching-Yuan Liu


Chemistry – An Asian Journal

DOI: 10.1002/asia.202300681



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