- 蘇州大學(xué)李永舫院士團(tuán)隊(duì)李耀文教授Angew：在高效、穩(wěn)定鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及組件方面取得新進(jìn)展
- 發(fā)布日期：2022-09-14
近日，《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）以“Molecular Self-Assembly Regulated Dopant-Free Hole Transport Materials for Efficient and Stable n-i-p Perovskite Solar Cells and Scalable Modules”為題，在線報(bào)道了蘇州大學(xué)李耀文教授通過(guò)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)分子骨架，借助分子組裝策略，開(kāi)發(fā)了具有優(yōu)異電荷傳輸特性的非摻雜有機(jī)空穴傳輸材料，在制備高效、穩(wěn)定、大面積組件n-i-p型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展（Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.202210613）。
近年來(lái)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（pero-SCs）發(fā)展迅猛，其認(rèn)證效率已經(jīng)突破25.7%。到目前為止，大多數(shù)高效率鈣鈦礦太陽(yáng)能電池均基于n-i-p結(jié)構(gòu)，且使用4-叔丁基吡啶（tBP）和雙（三氟甲烷）磺酰亞胺鋰（Li-TFSI）-摻雜的2,2′,7,7′-四（N，N-二-對(duì)甲氧基苯基胺）9,9′-螺二芴（Spiro-OMeTAD）作為空穴傳輸層（HTL）。盡管Li-TFSI和tBP摻雜劑可以明顯提高HTL的導(dǎo)電性，但Li-TFSI的吸濕性和tBP揮發(fā)性均易導(dǎo)致HTL薄膜惡化，嚴(yán)重影響器件穩(wěn)定性。為解決這一問(wèn)題，蘇州大學(xué)李耀文教授等人提出了一種分子組裝調(diào)控策略，通過(guò)從原子到分子水平精準(zhǔn)設(shè)計(jì)并合成了高性能的線性有機(jī)小分子空穴傳輸材料BDT-DPA-F。該分子通過(guò)強(qiáng)電負(fù)性F原子修飾可增強(qiáng)分子內(nèi)電荷離域，構(gòu)建C-H···F氫鍵和F···S偶極-偶極相互作用；端基甲氧基二苯胺可以有效改善分子共平面性，進(jìn)一步加強(qiáng)分子內(nèi)電荷離域，提升π-π堆積效應(yīng)。利用上述分子間弱鍵相互作用自發(fā)組裝形成具有纖維網(wǎng)絡(luò)形貌的薄膜，能顯著提升分子排列的有序性，增強(qiáng)結(jié)晶度，提高空穴遷移率以及降低無(wú)序能。以BDT-DPA-F薄膜作為n-i-p型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的空穴傳輸層，在不進(jìn)行任何摻雜條件下，小面積（0.062 cm2）器件實(shí)現(xiàn)了23.12%的紀(jì)錄效率（認(rèn)證效率：22.48%），且當(dāng)活性層有效面積擴(kuò)大約250倍后，大面積組件（15.64 cm2）仍能保持20.17%的效率，獲得了基于非Spiro-OMeTAD HTL的pero-SC組件效率的最高值，該材料展現(xiàn)了優(yōu)異的弱尺寸依賴效應(yīng)。更重要的是，電池同時(shí)具有優(yōu)越的工作和熱穩(wěn)定性：在最大功率點(diǎn)下持續(xù)工作1200 h后，保持初始PCE的82.6%；85oC下熱老化1200 h后，保持80.3%。上述結(jié)果均表明，通過(guò)分子組裝策略是開(kāi)發(fā)具有優(yōu)越電荷傳輸特性的非摻雜有機(jī)空穴傳輸材料的有效途徑，同時(shí)，這類材料也為促進(jìn)高效、穩(wěn)定和大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的發(fā)展提供一個(gè)新的思路。
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