4PACz（学名为4-(9H-咔唑-9-基)丁基膦酸，CAS号为20999-36-4）是一种广泛应用于钙钛矿光伏（Perovskite Solar Cells，PSC）领域的自组装单分子层（Self-Assembled Monolayer，SAM）材料。作为空穴传输层（Hole Transport Layer，HTL）的代表性分子，它凭借其独特的分子结构和优异的界面调控能力，在高效钙钛矿太阳能电池和发光二极管（LED）中发挥着至关重要的作用。

4PACz是一种含有咔唑（Carbazole）核心结构的磷酸衍生物。其化学结构式中包含一个带有空穴传输基团的咔唑环以及一个连接在咔唑端基的磷酸基团。咔唑基团通过苯环的共轭效应，为分子提供了高电子密度，赋予其优异的空穴传输能力；而磷酸基团则通过其强亲水性与氧化金属表面形成强有力的化学键，实现了与基底的高效耦合。

常以白色至淡黄色粉末形式存在，具备较高的化学纯度和热稳定性。由于磷酸基团的存在，4PACz在溶剂中具有一定的亲水性，易于在含水的溶液中进行自组装。其产品通常通过溶剂分子在基底表面的有序排列而形成单分子层结构，厚度仅为纳米级，能够在不引入过多体积缺陷的情况下调节界面能级。

性能

4PACz以其超薄的分子层厚度和极低的电阻率著称。作为自组装单分子层材料，它能在ITO等导电基底上形成致密且连续的分子膜，有效降低了空穴传输的能垒。Me-4PACz修饰的NiO表面能级与钙钛矿层之间匹配性更好，能够抑制界面处的电荷复合，提升载流子的迁移率。

DOI：10.1007/s10008-024-05823-8

由于其分子层厚度极薄（通常仅为1-2 nm），4PACz对可见光的吸收几乎可以忽略不计，保证了光子能够高效地传递至钙钛矿吸收层。光致发光（Photoluminescence，PL）测试表明，引入4PACz后，钙钛矿层的PL强度显著增强，表明非辐射复合被有效抑制，空穴抽取效率得到提升。

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从化学性能角度看，4PACz的磷酸基团（PO(OH)2）具有极强的吸附能力。当其溶液滴涂在金属氧化物表面（如ITO、NiO）时，磷酸基团中的羟基会与金属离子形成强大的配位键（P-O-M），从而实现了分子层与基底的化学键合。

这种化学键合不仅赋予了4PACz极高的粘附强度，防止了分子层在后续溶剂处理中的剥离，还改善了界面的疏水性，防止了湿度对钙钛矿层的侵蚀。4PACz分子中的咔唑环还具有良好的电子传输能力，能够有效地从钙钛矿层抽取空穴，并将其传输至金属电极。

应用场景

4PACz的应用场景主要集中在高性能光伏器件和发光器件中，以下是三个典型的应用场景：

1、高效钙钛矿太阳能电池（PSC）

4PACz在钙钛矿太阳能电池中主要作为空穴传输层使用。相较于传统的有机HTM材料（如Spiro-OMeTAD），4PACz具有更低的能垒和更好的热稳定性。研究表明，在ITO/4PACz/钙钛矿/C60/Ag结构中，引入4PACz可以实现能级的完美匹配，有效抑制了界面复合，从而大幅提升了光电转换效率（PCE）。据报道，使用Me-4PACz修饰的钙钛矿/硅叠层电池，其认证效率已突破29%，显示了其在高端光伏器件中的巨大潜力。

2、钙钛矿发光二极管（PeLED）

除了光伏领域，4PACz在光电器件中的应用也备受关注。由于其能够将原本n型的钙钛矿材料转换为p型（n→p转变），从而改变了材料的电荷输运行为。最新的研究发现，将4PACz作为掺杂剂引入钙钛矿材料中，可以显著增强其光致发光效率，抑制非辐射复合，为钙钛矿发光二极管的高效率制备提供了新的思路。

DOI:10.1038/s41586-024-07792-4

3、钙钛矿/硅叠层电池

在钙钛矿/硅叠层电池（Tandem Solar Cell）中，空穴传输层的性能直接决定了叠层电池的填充因子和开路电压。利用4PACz与氧化铟锡（ITO）形成的自组装单分子层，不仅可以实现空穴的高效抽取，还能提升电池的光电压损失（Voc loss）。最新的工业化叠层电池结构（ITO/Me-4PACz/Perovskite/C60/SnOx/MgF2/Ag）正是基于这种分子层技术构建的，并已实现了30%以上的世界纪录效率。

DOI：10.1021/acsenergylett.3c01385

本文引用地址：https://www.perfemiker.cn/product/1572236.html

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