钙钛矿太阳能电池(PSC)因其在效率方面的巨大提升和低成本的溶液处理工艺而成为光伏行业一项有前途的技术。目前最先进的PSC中使用的主要HTM仍然是Spiro-OMeTAD,其通常需要通过吸湿性的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。因此,基于掺杂HTM的高效PSC在器件成本和稳定性方面面临巨大挑战,为了获得高性能和稳定的PSC,开发非掺杂HTM以取代占主导地位的Spiro-OMeTAD已成为一个紧迫但具有实验挑战性的问题。然而,非掺杂器件的效率仍然低于基于掺杂Spiro-OMeTAD的最佳性能(PCE>25%)。而且目前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HTM的开发。因此,研究聚合物的结构-性能关系对于提供新的材料设计规则和开发用于高性能PSC的高效非掺杂HTM至关重要。
本文系统地研究了四种具有相似的给体-受体(D-A)结构的聚合物材料(PTB7、PTB7-Th、PBDB-T、PM6)用于非掺杂PSC的结构-性能关系。
本文发现具有纵向共轭侧链的结构单元,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,可以提高聚合物HTM的电荷提取和传输能力。此外,在结构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水平,从而降低开路电压(VOC)的损失。
本文中使用PM6和PM7的非掺杂器件分别获得了24.04%和23.70%的能量转换效率(PCE),并且分别实现1.19 V和1.20 V的高开路电压,是目前基于非掺杂空穴传输材料的钙钛矿光伏器件的最高效率之一。该工作通过调控给体和受体单元,为高性能非掺杂聚合物 HTM 的设计和探索提供了一种非常有效的策略。
原文链接:Management of Donor and Acceptor Building Blocks in Dopant-Free Polymer Hole Transport Materials for High-Performance Perovskite Solar Cells
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202210356
作者简介
第一作者 付强博士:2016年本科毕业于兰州大学;2021年博士毕业于南开大学化学学院(导师:刘永胜研究员)。2021.7月-2022.7月,留组从事博士后研究(合作导师:刘永胜研究员,陈永胜教授)。目前加入香港城市大学Alex Jen教授团队从事博士后研究。目前研究方向主要集中在二维功能聚合物的合成和钙钛矿太阳能电池非掺杂空穴传输材料与器件,目前以第一作者(含共一)及通讯作者于J. Am. Chem. Soc.,Angew. Chem. Int. Ed.,ACS Energy Lett.(3),Sci. China Chem.等国际期刊发表论文8篇,Nat. Commun (under revision)。
通讯作者 刘永胜研究员:主要从事有机和有机/无机杂化光电功能材料和器件的探索及应用研究,特别是高性能钙钛矿太阳能电池材料与器件、近红外有机太阳能电池材料与器件,以及集成钙钛矿—有机太阳能电池。近年来,在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Nano Lett., ACS Nano等国际权威期刊发表研究论文70多篇,累计引用次数20000余次,H因子46。2018-2021年连续入选科睿唯安(Clarivate Analytics)全球高被引学者。
- Science:AI和高通量结合的逆向分子设计加速材料发现 2024-12-14
- 江南大学马松琪教授《Chem. Soc. Rev.》综述:可闭环回收高分子 - 从单体和高分子设计到聚合-解聚循环 2024-08-27
- 兰州理工大学冉奋教授课题组 Macromolecules前瞻性文章:抗凝血大分子 2023-06-16
- 李振教授课题组 Angew:具有多刺激响应性能的纯聚合物室温磷光材料 2023-08-21
- 华南理工大学郭子豪课题组 AFM : 具有超低阈值电压的n型有机电化学晶体管 2024-11-01
- 上海有机所黄晓宇研究员、华理冯纯研究员等 JACS:长度/组成精确可调的给体-受体型共轭聚合物基纳米纤维构建的通用策略 2024-09-12
- 汕头大学张和凤教授团队 Macromolecules:通过构建D-A型簇实现马来酰亚胺类非共轭聚合物的红色荧光发射 2024-04-15