Chemical Compatibility of n-Type Dopants for SWCNT Cathodes in Inverted Perovskite Solar Cells

材料科学 掺杂剂 阴极 兴奋剂 钙钛矿(结构) 离子键合 化学工程 碳纳米管 纳米技术 结晶度 电极 聚合物 能量转换效率 相容性(地球化学) 金属 阳极 离子液体 钙钛矿太阳能电池 离子电导率 无机化学
作者
Achmad Hidayat,Naoki Ueoka,Hisayoshi Oshima,Yoshimasa Hijikata,Yutaka Matsuo
出处
期刊:Nanomaterials [MDPI AG]
卷期号:16 (1): 64-64
标识
DOI:10.3390/nano16010064
摘要

The advancement of efficient and stable perovskite solar cells (PSCs) increasingly depends on developing flexible, metal-free electrode architectures. Single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) offer chemical robustness, high conductivity, and mechanical flexibility, making them promising candidates to replace brittle metal cathodes. However, pristine SWCNTs are intrinsically p-type, creating energy barriers and recombination losses in inverted (p–i–n) PSCs. Achieving stable n-type doping compatible with both SWCNTs and perovskites is therefore critical. Here, seven representative n-type dopants, small molecules (TBD and TPP), ionic salts (TBAI, TBABr, and B18C6·KCl), and polymers (PEI and PVP) were systematically investigated to elucidate their effects on doping efficiency and interfacial stability. Morphological, structural, and electronic analyses supported by DFT calculations reveal that strong bases and ionic dopants promote perovskite degradation, whereas polymeric and coordination-type dopants preserve crystallinity and surface uniformity. Among them, PEI- and TPP-doped SWCNT electrodes achieved the best device performance, with power conversion efficiencies of 9.6% and 8.1%, respectively, demonstrating efficient electron extraction and interfacial stability. These findings highlight that interfacial chemical compatibility rather than intrinsic donor strength governs the effectiveness of n-type SWCNT doping, providing rational design principles for stable, metal-free perovskite photovoltaics.
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