Advanced Sustainable Systems:饱和溶液法制备无需退火的PC₆₁BM电子传输层应用于钙钛矿太阳能电池

钙钛矿太阳能电池因其高光电转换效率、器件制备简单等优点受到广泛关注。在常规平面结构钙钛矿电池中,电子传输层位于透明电极和钙钛矿吸收层之间,除了影响器件中的电子提取、传输之外,其对钙钛矿晶粒生长和薄膜质量也有直接影响。金属氧化物如TiO2 和SnO2是最常用的电子传输材料,但往往需要高温烧结或者特殊的处理。有机电子传输材料虽具有结构多样,易于调控等特点,但其合成往往较为复杂,且需要满足不被钙钛矿前驱液溶解的要求。C60衍生物PC61BM是非常具有代表性的一种n型有机材料,经常作为电子传输材料被用于倒置钙钛矿电池中。然而,PC61BM在正置钙钛矿电池器件中应用很少,且通常是用于修饰金属氧化物电子传输层。目前电子传输层基本上都需要经过热退火处理。因此,开发不需热退火且可溶液法制备的电子传输材料对钙钛矿电池的发展具有重要意义。

西南大学朱琳娜课题组与北京大学深圳研究院杨世和教授课题组联合报道了一种简单的方法制备无需热退火的PC61BM电子传输层应用于钙钛矿太阳能电池中。PC61BM在钙钛矿前驱液溶剂DMF中可以溶解,因此,直接将PC61BM作为底层空穴传输层,再旋涂钙钛矿前驱液时会将其破坏。研究发现,通过简单的“饱和溶液”方法,即预先在钙钛矿前驱液中溶解饱和的PC61BM,则可以在旋涂钙钛矿前驱液时保护底部的PC61BM层不被溶解(如图所示)。PC61BM在DMF溶剂中的溶解度很低,因此,溶解在前驱液中的PC61BM是少量的,不会影响到钙钛矿晶型和薄膜质量。且前期有研究报道,少量PC61BM添加在钙钛矿中会填充钙钛矿晶界,可促进电荷传输,同时减少电荷复合。另外,用这种方式制备的PC61BM层可以免去热退火过程,一定程度上简化了器件制备工艺。该思路可为在钙钛矿前驱液中具有类似溶解性的传输材料的应用提供借鉴。

论文信息:

A Smart Way to Prepare Solution-Processed and Annealing-free PCBM Electron Transporting Layer for Perovskite Solar Cells

Fei Wu, Shuaicheng Lu, Chen Hu, Huiqiang Lu, Chao Chen, Jiang Tang, Shihe Yang*, Linna Zhu*

Advanced Sustainable Systems

DOI: 10.1002/adsu.202200212

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adsu.202200212