18.4 % Organic Solar Cells Using a High Ionization Energy Self‐Assembled Monolayer as Hole‐Extraction Interlayer

单层 佩多:嘘 氧化铟锡 轨道能级差 有机太阳能电池 能量转换效率 材料科学 苯乙烯 阳极 电极 化学 分子 高分子化学 纳米技术 物理化学 有机化学 共聚物 聚合物 光电子学
作者
Yuanbao Lin,Artiom Magomedov,Yuliar Firdaus,Dimitrios Kaltsas,Abdulrahman El Labban,Hendrik Faber,Dipti R. Naphade,Emre Yengel,Xiaopeng Zheng,Emre Yarali,Neha Chaturvedi,Kalaivanan Loganathan,Despoina Gkeka,Sanaa H. AlShammari,Osman M. Bakr,Frédéric Laquai,Leonidas Tsetseris,Vytautas Getautis,Thomas D. Anthopoulos
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:14 (17): 3569-3578 被引量:186
标识
DOI:10.1002/cssc.202100707
摘要

Abstract Self‐assembled monolayers (SAMs) based on Br‐2PACz ([2‐(3,6‐dibromo‐9 H ‐carbazol‐9‐yl)ethyl]phosphonic acid) 2PACz ([2‐(9H‐Carbazol‐9‐yl)ethyl]phosphonic acid) and MeO‐2PACz ([2‐(3,6‐dimethoxy‐9H‐carbazol‐9‐yl)ethyl]phosphonic acid) molecules were investigated as hole‐extracting interlayers in organic photovoltaics (OPVs). The highest occupied molecular orbital (HOMO) energies of these SAMs were measured at −6.01 and −5.30 eV for Br‐2PACz and MeO‐2PACz, respectively, and found to induce significant changes in the work function (WF) of indium‐tin‐oxide (ITO) electrodes upon chemical functionalization. OPV cells based on PM6 (poly[(2,6‐(4,8‐bis(5‐(2‐ethylhexyl‐3‐fluoro)thiophen‐2‐yl)‐benzo[1,2‐b:4,5‐b’]dithiophene))‐alt‐(5,5‐(1’,3’‐di‐2‐thienyl‐5’,7’‐bis(2‐ethylhexyl)benzo[1’,2’‐c:4’,5’‐c’]dithiophene‐4,8‐dione)]) : BTP‐eC9 : PC 71 BM ([6,6]‐phenyl‐C71‐butyric acid methyl ester) using ITO/Br‐2PACz anodes exhibited a maximum power conversion efficiency (PCE) of 18.4 %, outperforming devices with ITO/MeO‐2PACz (14.5 %) and ITO/poly(3,4‐ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulfonate) (PEDOT : PSS) (17.5 %). The higher PCE was found to originate from the much higher WF of ITO/Br‐2PACz (−5.81 eV) compared to ITO/MeO‐2PACz (4.58 eV) and ITO/PEDOT : PSS (4.9 eV), resulting in lower interface resistance, improved hole transport/extraction, lower trap‐assisted recombination, and longer carrier lifetimes. Importantly, the ITO/Br‐2PACz electrode was chemically stable, and after removal of the SAM it could be recycled and reused to construct fresh OPVs with equally impressive performance.
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