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南方科技大学徐保民教授课题组和田颜清教授课题组:侧链聚合物作为非掺杂空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用
2019-07-23  来源:中国聚合物网

  钙钛矿太阳能电池因其成本低、质轻和可大面积柔性加工等优点使其具备很好的商业应用前景。虽然钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已突破24%,但是有几个因素仍制约其进一步工业化生产。首先,钙钛矿器件的稳定性是目前亟需解决的一大问题。除了钙钛矿材料本身的稳定性,空穴传输层对器件的稳定性有很大影响。目前最常用的空穴传输材料(HTM)Spiro-OMeTAD, 由于其本征空穴迁移率较低,需要添加Li-TFSI来提高迁移率。而Li-TFSI具有很强的吸水特性,微弱的水汽就能够加速钙钛矿的分解,从而减小器件的寿命。此外,Spiro-OMeTAD由于合成步骤较长,导致其成本较高,不利于钙钛矿太阳能电池的产业化。

  针对以上问题,南方科技大学徐保民教授和田颜清教授团队设计出系列侧链聚合物作为空穴传输材料应用于钙钛矿太阳能电池中。在侧链聚合物中小分子共轭单元通过碳-碳单键链接起来。聚合物链拉近了共轭单元之间的距离,增强共轭单元之间的π–π相互作用,提高材料迁移率。相对于其共轭单元HTM2,聚合物HTM-P1的迁移率提高了约3倍。同时,柔性的聚合物链也使得材料具有良好的溶解性。将聚合物和其单体作为非掺杂空穴传输层用在钙钛矿太阳能电池中,发现在相似的条件下制备的器件,基于聚合物的器件效率达到17.2%,而基于其共轭单元和其单体的器件效率只有3.2%和9.7%。

  该团队进一步将咔唑基团引入侧链聚合物中,并通过改变三苯胺在咔唑基团上的取代位置来调节聚合物的能级结构和迁移率。发现三苯胺位于咔唑的3,6-位取代时可以获得更高的迁移率。在不需要掺杂的情况下,器件效率达到18.45%。

  以上相关成果分别发表在Journal of Materials Chemistry A(J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 13123–13132)和ACS Applied Materials & Interfaces(DOI: 10.1021/acsami.9b07859)上。

  论文链接:

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2018/ta/c8ta02960a

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.9b07859

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(责任编辑:xu)
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