钙钛矿太阳能电池(PSC)因其较高的能量转换效率和低成本的溶液处理工艺等优点已经成为最具商业应用前景的新一代光伏技术之一。目前高性能钙钛矿太阳能电池中使用的主要空穴传输材料仍然以Spiro-OMeTAD为主。这种材料需要通过 LiTFSI和叔丁基吡啶（TBP）进行化学掺杂，以提高其迁移率和导电性。这些吸湿性的掺杂剂的引入，不但增加了器件制备的复杂性，而且极大的损害了器件的长期稳定性。为了获得高效稳定的PSC并推动其商业化应用，开发非掺杂空穴传输材料以取代目前占主导地位的Spiro-OMeTAD已成为必要且极具挑战性的课题。

聚合物半导体材料具有许多优点，如：较高好的空穴迁移率和可调的能级，优异的成膜性和疏水性等，然而基于非掺杂聚合物空穴传输材料的钙钛矿器件效率仍然远低于基于掺杂Spiro-OMeTAD的最佳器件性能（PCE>25%）。尽管目前基于非掺杂空穴传输材料的钙钛矿光伏器件得到广泛关注，但仍然缺乏一种明确有效的分子设计策略来指导高性能非掺杂空穴传输材料的开发。

近日，南开大学刘永胜团队提出了一种全新的聚合物空穴传输材料设计策略。作者通过选择四种结构相关的共轭聚合物材料并研究它们的结构-性能关系来并构筑高效钙钛矿光伏器件。研究发现，具有纵向共轭延伸的共轭给体和受体单元，如BDT-T和BDD，不仅可以增强共轭聚合物骨架的平面性，实现能级有效调控，同时还可以促进聚合物薄膜平行于基底的面-面堆积取向，从而提高电荷提取和传输能力。最终，采用非掺杂聚合物HTM的器件具有1.19V的高开路电压和24.04%的光电转换效率，这是基于无掺杂单一聚合物材料的钙钛矿器件的最高效率。

本文将四种具有结构相似给体-受体（D-A）结构的聚合物（PTB7、PTB7-Th、PBDB-T、PM6）作为非掺杂空穴传输材料用于n-i-p结构的钙钛矿太阳能电池，系统地研究了材料的构效关系。

作者发现具有纵向共轭延伸侧链的构筑单元，如BDT-T和BDD，在调节聚合物共轭骨架的平面性以及相对于钙钛矿表面的薄膜堆积方向发挥着关键作用，同时可以提高聚合物空穴传输材料的电荷提取和传输能力。此外，在构筑单元中引入卤素原子，如氟或氯，可以促进聚合物之间的相互作用中并降低其HOMO能级，减少开路电压(V_OC)的损失。

与spiro-OMeTAD参比器件相比，基于非掺杂聚合物空穴传输材料的钙钛矿器件获得优异的光伏性能和显著提高的操纵稳定性。该工作通过系统研究给体和受体单元结构与聚合物本征性能及光伏器件效率的构效关系，实现高效光伏器件构筑，为高性能非掺杂聚合物空穴传输材料的设计提供了一种非常有效的策略。