基于n掺杂体异质结和卤素取代自组装单层作为HTL界面层的18.9%高效有机太阳能电池
空穴传输材料在有机太阳能电池中起到了重要的作用。阿卜杜拉国王科技大学Yuanbao Lin、Thomas D. Anthopoulos、佐治亚理工学院Seth R. Marder以及考纳斯理工大学Vytautas Getautis等研究了卤素取代(F、Cl、Br和I)对自组装空穴提取分子[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2PACz)的能级的影响。
结果表明，[2-(3,6-二氟-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(F-2PACz)、[2-(3,6-二氯-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(Cl-2PACz)、[2-(3,6-二溴-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(Br-2PACz)和[2-(3,6-二碘-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(I-2PACz)直接在氧化铟锡(ITO)上形成自组装单分子膜(SAMs)，使其功函数分别从4.73 eV增加到5.68、5.77、5.82和5.73 eV。
将这些ITO/SAM电极与三元体异质结(BHJ)体系PM6:PM7-Si:BTP-eC9相结合，可产生功率转换效率(PCE)在17.7%-18.5%范围内的有机光伏(OPV)电池。与F-2PACz(17.7%)、Br-2PACz(18.0%)或I-2PACz(18.2%)电池相比，具有Cl-2PACz SAMs的OPV的PCE最高，为18.5%。
数据分析表明，Cl-2PACz基OPV的性能增强与提高空穴迁移率、降低界面电阻、减少载流子复合和延长载流子寿命有关。此外，与以ITO/PEDOT: PSS为基础的电池相比，以Cl-2PACz为特征的OPV在连续光照下表现出更强的稳定性。值得注意的是，在BHJ中引入n-掺杂苄基紫堇进一步提高了ITO/Cl-2PACz电池的PCE，达到了18.9%的最大值，这是基于SAM基的OPV的破纪录值，与迄今为止报道的性能最好的OPV持平。
参考文献:
Lin, Y., Zhang, Y., Zhang, J., Marcinskas, M., Malinauskas, T., Magomedov, A., Nugraha, M. I., Kaltsas, D., Naphade, D. R., Harrison, G. T., El-Labban, A., Barlow, S., De Wolf, S., Wang, E., McCulloch, I., Tsetseris, L., Getautis, V., Marder, S. R., Anthopoulos, T. D., 18.9% Efficient Organic Solar Cells Based on n-Doped Bulk-Heterojunction and Halogen-Substituted Self-Assembled Monolayers as Hole Extracting Interlayers. Adv. Energy Mater. 2022, 2202503.
DOI: 10.1002/aenm.202202503
网页链接