ACS Energy Lett.: 合成新型SAM用于提高宽带隙钙钛矿和全钙钛矿叠层太阳能电池的效率

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2023-09-01 03:09

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钙钛矿太阳能电池（PSC）由于其载流子寿命长、带隙可调和匹配的光学吸收而最近取得了进展。据报道，单结PSC的功率转换效率(PCE)已达到26.1%，与硅太阳能电池(Si-PSC)相当。为了追求更高的效率，钙钛矿串联太阳能电池引起了人们的兴趣。全钙钛矿串联太阳能电池是钙钛矿串联太阳能电池的一种。

全钙钛矿串联太阳能电池由窄带隙PSC（NBG PSC）和宽带隙PSC（WBG PSC）组成。人们已经开展了许多工作来探索由 Sn/Pb 合金钙钛矿层组成的 NBG PSC，据报道效率为 23-24%。WBG PSC的效率提升是另一个重要课题。由于Sn/Pb钙钛矿太阳能电池的带隙约为1.2 eV，因此顶部PSC层的带隙必须约为1.7-1.8 eV。我们选择FA0.8Cs0.2PbI1.8Br1.2作为顶层。众所周知，聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)是代表性的空穴传输层。然而，钙钛矿由于其疏水性，其表面不能很好地接触。因此，往往形成的钙钛矿薄膜质量比较差。因此，开发更加合适的HTL，以进一步提高薄膜的质量和器件的性能十分重要。

近日，日本国立电气通信大学的毕欢教授和沈青教授联合东京大学Hiroshi Segawa教授和考纳斯理工大学的Saulius Grigalevicius教授在ACS Energy LETTERS上发表了一篇题目为“All-Perovskite Tandem Solar Cells Approach 26.5% Efficiency by Employing Wide Bandgap Lead Perovskite Solar Cells with New Monomolecular Hole Transport Layer” 的研究文章，该工作合成了一种新型自组装分子（4dp3PACz）并且证明4dp3PACz的单分子层作为空穴传输层比之前报道的2PACz和PTAA更好。

(a) 4dp3PACz的合成路线。

(b) 本工作中使用的器件结构和分子示意图。

(d) 不同基底上制备的钙钛矿薄膜的缺陷密度评估。

测试证明在4dp3PACz上制备的钙钛矿层具有更好的质量，例如更低的载流子陷阱密度、更长的载流子寿命和大的电荷复合阻力，这可能是由于4dp3PACz的亲水特性和有利的能带弯曲（能级匹配以及由于费米能级引起的能带弯曲）。同时-4dp官能团还可以有效钝化薄膜中的缺陷。最终器件的光电转换效率达17.17%（1.77 eV带隙）。此外也报道了效率为26.47%的全钙钛矿/钙钛矿串联太阳能电池。