南工黃維院士團(tuán)隊殷成蓉/李仁志 AFM：具有缺陷鈍化效應(yīng)的側(cè)鏈功能化聚合物空穴傳輸材料應(yīng)用于高效反式準(zhǔn)二維鈣鈦礦太陽能電池
2023-07-18 來源：高分子科技
反式鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）因具備良好的穩(wěn)定性、較小的遲滯效應(yīng)、可低溫制造、可與商業(yè)化的光伏電池技術(shù)（如晶硅和銅銦鎵硒等）進(jìn)行集成等優(yōu)點，更適用于大面積商業(yè)化制造。近年來，反式三維PSCs的效率有了顯著改善，但三維鈣鈦礦固有的不穩(wěn)定性仍然限制了反式PSCs的商業(yè)發(fā)展。相比于反式三維PSCs，反式準(zhǔn)二維PSCs在器件穩(wěn)定性方面具有優(yōu)勢，但器件效率仍然落后。聚合物空穴傳輸材料（HTM）作為反式PSCs中鈣鈦礦層常用的襯底，對鈣鈦礦薄膜的埋底界面性質(zhì)和結(jié)晶度有著顯著的影響，從而對器件性能起著關(guān)鍵作用。鑒于此，構(gòu)建具有鈍化缺陷效應(yīng)的聚合物HTMs以改善鈣鈦礦膜結(jié)晶性和埋底界面性質(zhì)并抑制界面處非輻射躍遷損失是提高反式準(zhǔn)二維PSCs性能的有效策略之一。
圖1 聚合HTMs的分子結(jié)構(gòu)及對準(zhǔn)二維鈣鈦礦埋底界面鈍化示意圖
近期，南京工業(yè)大學(xué)黃維院士團(tuán)隊殷成蓉副教授、李仁志教授報道了兩種具有缺陷鈍化效應(yīng)的側(cè)鏈功能化聚合物空穴傳輸材料PVCz-SMeTPA和PVCz-SMeDAD（圖1），應(yīng)用于反式準(zhǔn)二維PSCs。得益于非共軛柔性主鏈與功能化側(cè)鏈基團(tuán)的有效結(jié)合，這兩種聚合物HTMs表現(xiàn)出優(yōu)異的成膜性能、良好匹配的能級和優(yōu)異的電荷遷移率，從而有利于HTMs和準(zhǔn)二維鈣鈦礦層之間的電荷提取和傳輸。更重要的是，分子所含甲硫基團(tuán)可以通過增強(qiáng)聚合物HTMs與鈣鈦礦的相互作用來鈍化缺陷，提高鈣鈦礦的結(jié)晶質(zhì)量并改善其埋底界面性質(zhì)（圖2），有效抑制界面處非輻射復(fù)合問題。因此，基于PVCz-SMeTPA和PVCz-SMeDAD的反式準(zhǔn)二維PSCs實現(xiàn)了具有1.23 V和1.22 V的開路電壓，并獲得了21.41%和20.63%的功率轉(zhuǎn)換效率（圖3）。其中，21.41%是目前反式準(zhǔn)二維PSCs的最高效率之一。此外，基于PVCz-SMeTPA的反式準(zhǔn)二維PSCs也表現(xiàn)出較小的遲滯效應(yīng)和顯著改善的熱穩(wěn)定性、長期穩(wěn)定性。本工作為準(zhǔn)二維鈣鈦礦的埋底界面性質(zhì)調(diào)控和反式準(zhǔn)二維PSCs性能優(yōu)化提供了一種有效的策略。該工作以“Side-chain functionalized polymer hole-transporting materials with defect passivation effect for highly efficient inverted quasi-2D perovskite solar cells ”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者是南京工業(yè)大學(xué)博士研究生潘正武，共同一作為碩士研究生彭大瑞。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。
圖2 基于聚合物HTMs的準(zhǔn)二維鈣鈦礦晶體薄膜的形貌表征
圖 3 基于聚合物HTMs的反式準(zhǔn)二維PSCs的器件性能表征
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202304881
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