南工黄维院士团队殷成蓉/李仁志 AFM：具有缺陷钝化效应的侧链功能化聚合物空穴传输材料应用于高效反式准二维钙钛矿太阳能电池
2023-07-18 来源：高分子科技
反式钙钛矿太阳能电池（PSCs）因具备良好的稳定性、较小的迟滞效应、可低温制造、可与商业化的光伏电池技术（如晶硅和铜铟镓硒等）进行集成等优点，更适用于大面积商业化制造。近年来，反式三维PSCs的效率有了显著改善，但三维钙钛矿固有的不稳定性仍然限制了反式PSCs的商业发展。相比于反式三维PSCs，反式准二维PSCs在器件稳定性方面具有优势，但器件效率仍然落后。聚合物空穴传输材料（HTM）作为反式PSCs中钙钛矿层常用的衬底，对钙钛矿薄膜的埋底界面性质和结晶度有着显著的影响，从而对器件性能起着关键作用。鉴于此，构建具有钝化缺陷效应的聚合物HTMs以改善钙钛矿膜结晶性和埋底界面性质并抑制界面处非辐射跃迁损失是提高反式准二维PSCs性能的有效策略之一。
图1 聚合HTMs的分子结构及对准二维钙钛矿埋底界面钝化示意图
近期，南京工业大学黄维院士团队殷成蓉副教授、李仁志教授报道了两种具有缺陷钝化效应的侧链功能化聚合物空穴传输材料PVCz-SMeTPA和PVCz-SMeDAD（图1），应用于反式准二维PSCs。得益于非共轭柔性主链与功能化侧链基团的有效结合，这两种聚合物HTMs表现出优异的成膜性能、良好匹配的能级和优异的电荷迁移率，从而有利于HTMs和准二维钙钛矿层之间的电荷提取和传输。更重要的是，分子所含甲硫基团可以通过增强聚合物HTMs与钙钛矿的相互作用来钝化缺陷，提高钙钛矿的结晶质量并改善其埋底界面性质（图2），有效抑制界面处非辐射复合问题。因此，基于PVCz-SMeTPA和PVCz-SMeDAD的反式准二维PSCs实现了具有1.23 V和1.22 V的开路电压，并获得了21.41%和20.63%的功率转换效率（图3）。其中，21.41%是目前反式准二维PSCs的最高效率之一。此外，基于PVCz-SMeTPA的反式准二维PSCs也表现出较小的迟滞效应和显著改善的热稳定性、长期稳定性。本工作为准二维钙钛矿的埋底界面性质调控和反式准二维PSCs性能优化提供了一种有效的策略。该工作以“Side-chain functionalized polymer hole-transporting materials with defect passivation effect for highly efficient inverted quasi-2D perovskite solar cells ”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者是南京工业大学博士研究生潘正武，共同一作为硕士研究生彭大瑞。该研究得到国家自然科学基金委的支持。
图2 基于聚合物HTMs的准二维钙钛矿晶体薄膜的形貌表征
图 3 基于聚合物HTMs的反式准二维PSCs的器件性能表征
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202304881
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（责任编辑：xu）
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