空穴传输材料（HTMs）作为钙钛矿太阳能电池（PSCs）的核心功能层，起到改善界面接触、加快空穴传输、抑制载流子复合、保护钙钛矿晶体和减缓离子迁移等诸多作用。因此，发展同时兼顾高性能和高稳定性的空穴传输材料，是钙钛矿太阳能电池未来商业化所面临的一个重要难题。

近日，大连理工大学精细化工全国重点实验室于泽教授在前期研究工作的基础上（Sci. China Chem. 2024, 67, 2701–2709），设计合成了一系列不同烷氧基链长修饰的萘菁镍衍生物。通过对萘菁环外围烷氧基链长的系统调控，解决了薄膜形貌均匀性与分子有序堆积的兼容难题，建立了“烷氧基链长-薄膜形貌-器件性能”构效关系。研究发现HeO-NiNc表现出高薄膜形貌质量和有序结晶排列，以及优异的空穴传输性能。基于HeO-NiNc的钙钛矿电池器件获得了25.23%的光电转换效率，同时兼顾良好的光热和运行稳定性。

图1 侧链工程调控萘菁镍空穴传输材料实现高效稳定的钙钛矿太阳能电池

导电AFM测试表明，HeO-NiNc薄膜具有最高的电流信号。HeO-NiNc较大的均方根电流与均方根粗糙度表明其结晶度的增加和分子间相互作用的增强。通过烷氧基链的长度优化，HeO-NiNc分子不仅表现出优越的成膜性能，而且形成了更加有序的分子堆积形态。GIWAXS测试进一步表明HeO-NiNc沿a轴和c轴方向具有明显的分子堆积，分别对应的晶体相干衍射长度为34.52 nm和60.13 nm，具有最大的晶粒尺寸和最长的共轭长度。由于更紧密的分子堆积和更强的分子间相互作用，HeO-NiNc表现出了优异的空穴迁移性能。

图2 （a）BuO-NiNc，（b）HeO-NiNc和（c）OcO-NiNc的二维GIWAXS图像；衍射图样的示例图：（d）弧形峰，（e）椭圆形峰和（f）尖锐环状峰；（g）RO-NiNc薄膜的2D GIWAXS沿面外方向的一维剖面图

最终，采用HeO-NiNc的器件获得了25.23%的光电转换效率，这是目前钙钛矿太阳能电池中基于金属配合物HTMs的最高效率。兼顾高效率的同时，基于HeO-NiNc的器件还表现出优异的光热稳定性。封装器件在85 ℃光照条件下（ISOS-L-2标准），经过1000小时，仍保持初始效率的80%以上。这项工作为后续开发应用于钙钛矿太阳能电池中的高效稳定空穴传输材料提供了一个新的思路。

上述研究成果以 “Side-Chain Engineering of Nickel Naphthalocyanine-Based Hole-Transport Materials Realizes >25% Efficiency and Light-Heat Durable Perovskite Solar Cells”为题发表在Advanced Functional Materials上（https://doi.org/10.1002/adfm.202507865）。论文的第一作者为大连理工大学博士研究生强越和郑续凡。论文通讯作者为复旦大学杨迎国教授和大连理工大学于泽教授。研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划以及教育部前沿科学中心的资金支持。