Organiske småmolekyle hultransporterende lag mod effektive p-i-n perovskit solceller

Perovskite solceller (pero-SC'er) viser stort potentiale i fotoelektriske felter på grund af høj effektomdannelseseffektivitet (PCE), enkel behandlingsteknologi, lave fabrikationsomkostninger, osv. For nylig, den højeste certificerede PCE for pero-SC har nået 25,2%, hvilket viser stort løfte om kommercialisering. Kommende forskning vil fokusere på fremstilling af effektive og modulære pero-SC'er for yderligere at fremme kommercialiseringen af ​​pero-SC'er.

I p-i-n plane pero-SC'er, de hulletransporterende lag (HTL'er) har en vigtig indflydelse på væksten af ​​perovskitkrystaller, hultransport og enhedens stabilitet. Derfor, udvikling af effektive og stabile HTL-materialer, der er egnede til behandling af store arealer, vil spille en afgørende rolle i modulære pero-SC'er med stort område. Ud over de matchede energiniveauer, stabile kemiske egenskaber og god reproducerbarhed, HTL-materialer, der er egnede til forarbejdning i store områder, bør også have høj hullemobilitet og god befugtning med perovskit-forløberløsningen.

Selvom enheden er baseret på poly (bis (4-phenyl) (2, 4, 6-trimethylphenyl) amin) (PTAA) som organiske HTL'er kan opnå en PCE på over 22%, den dårlige fugtbarhed af perovskit-precursor-løsningen vil forhindre forberedelsen af ​​moduler i stort område. Indtil nu, nye organiske HTL-materialer i store områder er sjældent blevet rapporteret. Derfor, det haster med at udvikle meget effektive HTL-materialer med høj hulmobilitet, der er kompatible med behandling af store områder i p-i-n plane pero-SC'er.

For nylig, Prof. Yaowen Li ved Soochow University og medforfattere designede et π-konjugeret HTL-materiale med lille molekyle BDT-TPA-sTh med en symmetrisk struktur ved rationelt at vælge den plane BDT-kerne, TPA -terminalgrupper, samt konjugerede 2-ethylhexyl-thienyl-sidekæder.

Konformations- og stablingsmodellen for den resulterende BDT-TPA-sTh blev direkte observeret ved røntgenkrystallografimålinger fra dens enkelte krystaller. Den udtalte planaritet med parallelt forskudte π-π og yderligere S-π supramolekylære interaktioner mellem nabomolekyler bidrog til en forbedret hulmobilitet. Ud over, den marginale opløselighed af BDT-TPA-sTh i perovskitopløsningen muliggjorde invers diffusion i perovskitfilmene, som kunne bruges til yderligere at passivisere det ukoordinerede Pb ₂ ⁺ ionfejl ved Lewis-base S-atomer i BDT-TPA-sTh uden at skade HTL'erne under laget.

De p-i-n plane pero-SC'er, der anvender BDT-TPA-sTh uden doping, da HTL ikke kun realiserede en høj PCE (20,5%) og forbedret fugtstabilitet, men demonstrerede også sin gennemførlighed for at fremstille enheder med stort område gennem den bladbelagte teknologi. De mener, at dette HTL-designkoncept gennem supramolekylære interaktioner og invers diffusion vil bane vejen for at designe HTL-materialer af perovskitbaserede optoelektroniske enheder. Deres arbejde ville give et vigtigt skridt i designet af grænsefladematerialer mod høj ydeevne, stort område og udskrivning af p-i-n plane pero-SC'er, og dermed ville være interessant for et bredt læsertal for det perovskitbaserede opto-elektroniske samfund.