π-共轭扩展二萘并咔唑膦酸作为反式钙钛矿太阳能电池的空穴选择层

摘要

自组装单层(SAMs)是当前高效率反式钙钛矿太阳能电池(PSCs)中关键的空穴选择层材料(HSLs)。SAMs不仅决定了界面空穴的提取效率，还显著影响顶部钙钛矿层的薄膜质量，从而精细调控钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。本研究开发了一种新型SAM材料——(4-(8H-二萘并[2,3-c:2',3'-g]咔唑-8-基)丁基)膦酸(4PADNC)，它含有二萘并咔唑(DNC)结构单元，可作为反式PSCs的高性能HSL。与常用的咔唑类SAM(如4PACZ)相比，4PADNC中的DNC单元展现出扩展的π共轭特征，能够产生更大的分子偶极矩，从而调节氧化铟锡(ITO)电极的功函数，实现与钙钛矿能级的精准匹配，并显著降低界面能量损失。此外，该分子的非平面结构有效地抑制了π–π堆积，促进在ITO基底上形成致密且均匀的选择层，进而诱导高质量钙钛矿薄膜的沉积。得益于上述优势，采用4PADNC作为HSL的PSCs器件实现了24.32%的功率转换效率，显著优于基于4PACZ的参比器件(22.89%)。此外，基于4PADNC的器件还表现出卓越的热稳定性和运行稳定性。

关键词

钙钛矿太阳能电池 / 空穴选择层 / 自组装单层 / 二萘并咔唑 / π共轭

基金资助

国家自然科学基金(51925206,52461160328,52350710208,62174103); 中国科学院战略性先导科技专项(XDB0450301,XDB1140000); 中央高校基本科研业务费专项资金(20720220009,WK2490000002,GK202103106); 知识创新工程项目(Y261261606); 111计划(B21005,B1404); 陕西省重点研发计划(2022LL-JB-08)资助项目