河南大学&沙特阿卜杜拉国王科技大学最新small：分子取向调控空穴传输半结晶聚合物实现高性能碳电极钙钛矿太阳能电池- 大数跨境

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河南大学&沙特阿卜杜拉国王科技大学最新small：分子取向调控空穴传输半结晶聚合物实现高性能碳电极钙钛矿太阳能电池

科学材料站

2024-07-19

导读：河南大学高跃岳&沙特阿卜杜拉国王科技大学Stefaan De Wolf最新small：分子取向调控空穴传输半结晶聚合物实现高性能碳电极钙钛矿太阳能电池

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文章信息

分子取向调控空穴传输半结晶聚合物实现高性能碳电极钙钛矿太阳能电池

第一作者：冯翔

通讯作者：高跃岳*，王建涛*，谭付瑞*，Stefaan De Wolf *

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研究背景

目前，基于双层空穴传输层结构的碳电极钙钛矿太阳能电池由于其低成本和高稳定性逐渐受到研究学者的关注，其中聚（3-己基噻吩）（P3HT）更是在此类碳电极钙钛矿太阳能电池中起到重要的载流子输运和保护钙钛矿的重要作用。然而，半结晶聚合物P3HT的传统制备方法往往赋予其edge-on的分子排列，即烷基侧链直接接触钙钛矿层，导致钙钛矿/P3HT之间较差的电学接触。此外，传统制备方法使P3HT层呈现出较低的有序分子排列，在一定程度上削弱了其对下方钙钛矿层的深度缺陷钝化和疏水保护。因此，为了进一步提高碳电极钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性，特别是对于大面积钙钛矿器件，通过调控半结晶聚合物的分子取向来微调其光电性能、缺陷钝化能力以及对钙钛矿层的保护能力显得尤为重要。

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文章简介

近日，河南大学未来技术学院高跃岳研究员&沙特阿卜杜拉国王大学Stefaan De Wolf教授团队采用添加剂和溶剂工程相协同策略对P3HT空穴传输层进行系统的微观调控，成功将P3HT的edge-on取向分子排列转换为三维分子排列（edge-on与face-on共混）。目标P3HT空穴传输层展现出了更高导电性，更好空穴提取能力、更强抗湿性。最后，基于目标P3HT空穴传输层碳电极钙钛矿太阳能电池（0.04 cm²）实现了20.55%的光电转换效率。此外，其大面积（1 cm²）器件获得了18.32%的光电转换效率，该器件效率是目前同等尺寸的碳电极钙钛矿太阳能电池的最高效率。

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图文导图

图1. 碳电极PSCs的器件制备工艺

图2. (a–d) 基于P3HT HTL的器件的J-V曲线通过a）不同的溶剂和b）不同的添加剂;c）基于甲醇后处理的P3HT HTL的控制装置和目标装置的J-V曲线（注意目标装置是在优化的溶剂和添加剂的基础上制造的）;d）吸收0-0峰和0-1峰之间的相对吸收强度比值，Eu，e）电导率和空穴迁移率，f）控制P3HT薄膜和目标P3HT薄膜的水接触角。

图3. a）控制P3HT薄膜和b）目标P3HT薄膜的2D-GIWAXS; 对应2D-GIWAXS图案的1D曲线 c）在 IP 方向和 d）在 OOP 方向。

图4. (a) 器件各功能层能级图;b)原始钙钛矿膜(PVK)、PVK/对照P3HT膜和PVK/目标P3HT膜在入射光指向P3HT层时的PL光谱和c) TRPL光谱;d)原始钙钛矿膜(PVK)、e) PVK/对照P3HT膜和f) PVK/靶P3HT膜入射光对P3HT层的PL映射图。

图5 a)正扫描冠军器件的J-V曲线;b) 冠军器件的SPO效率输出 c) 冠军器件EQE;d) 20个冠军装置的PCE直方图;e)面积为100mm2的冠军器件J-V曲线(插图为

大面积器件图片);f)近8年大面积(0.5-1.0 cm²)碳电极PSCs的光伏性能。

图6 a) TPC谱图，b) Jph与Veff谱图，c) TPV谱图，d)优化器件载流子复合度直方图;e)纯空穴器件SCLC曲线;f)Mott-Schottky曲线。

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文章链接

Molecular Orientation Regulation of Hole Transport Semicrystalline-Polymer Enables High-Performance Carbon-Electrode Perovskite Solar Cells

https://doi.org/10.1002/smll.202403267

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通讯作者简介

高跃岳研究员简介：河南大学未来技术学院研究员（副教授），博士生导师/硕士生导师，国际期刊RSC Advances青年编委，中国化学学会会员，国家自然科学基金函评专家，开封市科技创新人才。以第一作者或通讯作者在Advanced Materials，Advanced Functional Materials，Nano Energy等国际SCI期刊发表论文30篇，他引近1500次；以第一申请人授权专利8项。近3年主持国家自然科学青年基金、河南大学优青培育基金、河南省自然科学青年基金、中国博士后第71批面上项目、中国博士后第66批面上项目、河南省博士后基金等多项省部级课题。