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内容

强强连手!立陶宛考纳斯理工大学及台湾明志科大团队开发新型thiazolo[5,4-d]thiazole空穴传输层

Enlitech-顶尖团队评分!

摘要

钙钛矿太阳能电池 (PSCs) 近年来因其高功率转换效率 (PCE)、溶液可加工性和可精细调整的能级而备受关注。然而,PSCs 的稳定性比成熟的硅基光伏 (Si-PV) 设备相对较低,阻碍其在光伏市场的普及。为了提升 PSCs 的性能和稳定性,许多研究人员都专注于载流子传输层 (CTLs) 和钙钛矿层之间的界面工程。 

由立陶宛考纳斯理工大学的 Juozas Vidas Grazulevicius 教授及台湾明志科技大学陈志平教授领导的团队发表,探讨了如何利用新型的空穴传输层来提升钙钛矿太阳能电池的效率。研究团队采用了 Thiazolo[5,4-d]thiazole, TT 衍生物,并以carbazole, phenothiazine或三苯胺作为供体单元,设计合成了一系列新型空穴传输材料。 

论文的关键发现

精确的分子设计: 研究团队利用巧妙的分子设计,对材料的光电特性进行了深入评估,并进行了显著的微调。TT 的空穴迁移率在 4.33 × 10−5 1.63 × 10−3 cm2 V−1 s−1 之间(电场为 1.6 × 105 V cm−1),电离电位范围在 −4.93 −5.59 eV 之间。 

理论计算: 研究团队利用密度泛函理论 (DFT) 计算,证明了含di-tert-butyl phenothiazine取代基的 TT 中的 S0→S1 转变以局部激发 (LE) 为特征。含有di-tert-butyl carbazole, dimethoxy carbazole或烷氧基取代的三苯胺供体部分的化合物则发生混合的分子内电荷转移 (ICT) LE 

优异的性能: 研究团队利用选定的 TT 衍生物制备了 PSC 中的空穴传输层 (HSL),器件结构为玻璃/ITO/HSLs/Cs0.18FA0.82Pb(I0.8Br0.2)3/PEAI/PC61BM/BCP/Ag。其中,烷氧基取代的三苯胺含 TT (TTP-DPA) 被证明是一种有效的 HSL 材料。其层也可用作中间层,改善控制 HSL_2PACz 的表面(即将 2PACz 的表面能从 66.9 降低到 52.4 mN m−1),从而能够精确控制钙钛矿的生长能级排列,以及在 PSC 的空穴传输接触点的载流子提取/传输。 

显著的效率提升: 基于 2PACz/TTP-DPA 的器件在 1-sun 3000 K LED (1000 lx) 照射下,分别显示出优化的性能,达到 19.1% 37.0% 的效率。这些数据代表了与纯 2PACz 基器件的性能提升,纯 2PACz 基器件的效率分别达到 17.4% 32.2% 

研究中,研究团队使用了 Enlitech QE-R 量子效率测试系统 来进行 EQE 光谱的测量,标准化器件的电流密度。 

Scheme1
Fig7

研究成果的影响

该研究结果表明,TT 衍生物在提升 PSCs 效率方面具有巨大的潜力,这对于发展高效率的 PSCs 具有重要的意义。 

Reference

Reference 

ACS Applied Materials & Interfaces, Publication Date: May 29, 2024 

https://doi.org/10.1021/acsami.4c04105 

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