Small:有机电子传输材料在倒置钙钛矿太阳电池中的研究进展

电子传输材料(ETM)在提高倒置钙钛矿太阳能电池(p-i-n PSC)的功率转换效率(PCE)方面起着至关重要的作用。现阶段传统的无机ETM遇到了一些局限性,比如在材料合成方面需要很高的温度和缺乏灵活性。因此,科学家们开发了许多新型的ETM来克服这些局限性。尽管PCBM([6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 作为常规ETM可以增强p-i-n PSC的PCE至高达20%,但是PCBM还是达不到最佳ETM的要求。所以,科学家们致力于开发新型有机ETM。有机ETM具有很多优点; 比如,它们易于合成和纯化,有可调控的的前线分子轨道,有良好的电子迁移率,在不同有机溶剂中有良好的溶解性,有合理的化学/热稳定性以及灵活性,并且低成本等等。有机ETM可分为两大类; 第一类是n型有机小分子,包括萘二酰亚胺(NDI),苝二酰亚胺(PDI)和氮杂多并苯。第二类是n型共轭聚合物。与PCBM相比,有机小分子作为ETL在p-i-n PSC中显示出很好的性能。例如, 基于PDI的p-i-n PSC的PCE可以达到17.1%; 基于NDI的p-i-n PSC也达到了20.5%。新加坡南洋理工大学张其春教授课题组最近开发了不同的氮杂有机分子; 这些分子可以在p-i-n PSC中充当有效的ETL。比如,基于QCAPZ的p-i-n PSC可以达到10.26% 的PCE。尤其亮眼的是HATNT和TDTP这两类氮杂有机分子。得益于硫原子(噻吩) 引入,它们的PCE分别可以达到18.1%和18.2%。此外,张其春教授课题组还在p-i-n PSC中引入了一种新颖的n型共轭聚合物(pBTTz)作为ETL,让器件的PCE达到了14.4%且具有良好的稳定性。

最近,新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院张其春教授课题组发表了一篇综述,总结了p-i-n PSC中有机ETM的最新进展。本综述包括四个主要部分。第一部分是背景介绍,其中描述了p-i-n PSC的重要性以及ETL对于增强p-i-n PSC的PCE和稳定性的重要因素。第二部分描述了PCBM作为ETL在p-i-n PSC中的作用及缺点,本部分也包括了科学家们通过掺杂或改性来改善PCBM性能的相关工作。虽然掺杂和改性可以增强p-i-n PSC的性能,但是这会导致器件制造成本的增加。因此,还是有必要去探索新的材料来克服所有这些面临的困难。第三部分总结了有机分子作为p-i-n PSC中ETL的相关工作,以及对不同ETL的分类。我们在此部分中描述了不同ETM的性质; 如电子迁移率,能级和形态,以及它们对器件的PCE的影响。最后一部分我们做了总结, 并且对未来设计更加有效的ETL提出了建议和展望。相关工作“Recent Progress in Organic Electron Transport Materials in Inverted Perovskite Solar Cells” 已发表在Small (DOI: 10.1002/smll.201900854)上。