Solar RRL:聚合物辅助策略提升基于有机小分子空穴传输层的钙钛矿太阳电池效率

反向钙钛矿太阳电池中,有机空穴传输层由于可溶液法及低温制备,受到了广泛关注。发展高效的有机空穴传输层,是反向钙钛矿太阳电池能量转换效率获得突破的关键。有机空穴传输层材料主要分为聚合物及有机小分子两类。目前,高效电池器件多数采用聚合物(如PTAA)作为空穴传输层,而有机小分子由于溶液法成膜性相对较差、能级与钙钛矿不匹配,器件性能往往低于前者的。然而,相比聚合物,有机小分子有其独特的优点。例如,合成与纯化相对简单、能级可调、及分子量恒定等。因此,如能有效解决上述有机小分子存在的问题,将大大推动此类器件的发展。

鉴于此,南方科技大学材料科学与工程系程春和徐保民课题组提出聚合物辅助的策略来解决上述问题。他们将高效的聚合物PTAA加入到有机小分子TAPC的膜层中,首次实现了聚合物空穴传输层材料对有机小分子空穴传输层的掺杂。研究表明,聚合物的加入大大改善了小分子的成膜性,使膜层粗糙度从近6 nm降低到1 nm。与此同时,通过对聚合物掺杂量的优化使得小分子空穴传输层的能级与钙钛矿的价带顶能级更匹配,从而显著提高了有机小分子层对钙钛矿层空穴的抽取能力,并有效减小了复合电阻。相应地,优化后的器件性能得到显著提高,主要体现在短路电流和填充因子上。根据J-V统计数据,短路电流从21.2 mA/cm2提高到22.1 mA/cm2,填充因子从76.0%提高到79.1%,最终能量转换效率从17.66%提高到19.03%。而优化后的最高效率更是高达21.01%,展现出聚合物辅助策略在推动此类钙钛矿电池发展上的巨大潜力。

相关结果发表在Solar RRL(DOI: 10.1002/solr.201800173)上。

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