南工黃維院士團隊殷成蓉/李仁志 AFM：具有缺陷鈍化效應的側鏈功能化聚合物空穴傳輸材料應用于高效反式準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）因具備良好的穩定性、較小的遲滯效應、可低溫制造、可與商業化的光伏電池技術（如晶硅和銅銦鎵硒等）進行集成等優點，更適用于大面積商業化制造。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定性仍然限制了反式PSCs的商業發展。相比于反式三維PSCs，反式準二維PSCs在器件穩定性方面具有優勢，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和結晶度有著顯著的影響，從而對器件性能起著關鍵作用。鑒于此，構建具有鈍化缺陷效應的聚合物HTMs以改善鈣鈦礦膜結晶性和埋底界面性質并抑制界面處非輻射躍遷損失是提高反式準二維PSCs性能的有效策略之一。
圖1 聚合HTMs的分子結構及對準二維鈣鈦礦埋底界面鈍化示意圖
近期，南京工業大學黃維院士團隊殷成蓉副教授、李仁志教授報道了兩種具有缺陷鈍化效應的側鏈功能化聚合物空穴傳輸材料PVCz-SMeTPA和PVCz-SMeDAD（圖1），應用于反式準二維PSCs。得益于非共軛柔性主鏈與功能化側鏈基團的有效結合，這兩種聚合物HTMs表現出優異的成膜性能、良好匹配的能級和優異的電荷遷移率，從而有利于HTMs和準二維鈣鈦礦層之間的電荷提取和傳輸。更重要的是，分子所含甲硫基團可以通過增強聚合物HTMs與鈣鈦礦的相互作用來鈍化缺陷，提高鈣鈦礦的結晶質量并改善其埋底界面性質（圖2），有效抑制界面處非輻射復合問題。因此，基于PVCz-SMeTPA和PVCz-SMeDAD的反式準二維PSCs實現了具有1.23 V和1.22 V的開路電壓，并獲得了21.41%和20.63%的功率轉換效率（圖3）。其中，21.41%是目前反式準二維PSCs的最高效率之一。此外，基于PVCz-SMeTPA的反式準二維PSCs也表現出較小的遲滯效應和顯著改善的熱穩定性、長期穩定性。本工作為準二維鈣鈦礦的埋底界面性質調控和反式準二維PSCs性能優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 ”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者是南京工業大學博士研究生潘正武，共同一作為碩士研究生彭大瑞。該研究得到國家自然科學基金委的支持。
圖2 基于聚合物HTMs的準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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（責任編輯：xu）
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