Dopant‐Free Bithiophene‐Imide‐Based Polymeric Hole‐Transporting Materials for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells

材料科学 钝化 电子迁移率 掺杂剂 钙钛矿(结构) 能量转换效率 接受者 共轭体系 聚合物 纳米技术 化学工程 光电子学 兴奋剂 图层(电子) 复合材料 物理 凝聚态物理 工程类
作者
Yuanqing Bai,Zhisheng Zhou,Qifan Xue,Chunchen Liu,Ning Li,Haoran Tang,Jiabin Zhang,Xinxin Xia,Jie Zhang,Xinhui Lu,Christoph J. Brabec,Fei Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (49) 被引量:84
标识
DOI:10.1002/adma.202110587
摘要

The development of hole-transport materials (HTMs) with high mobility, long-term stability, and comprehensive passivation is significant for simultaneously improving the efficiency and stability of perovskite solar cells (PVSCs). Herein, two donor-acceptor (D-A) conjugated polymers PBTI and PFBTI with alternating benzodithiophene (BDT) and bithiophene imide (BTI) units are successfully developed with desirable hole mobilities due to the good planarity and extended conjugation of molecular backbone. Both copolymers can be employed as HTMs with suitable energy levels and efficient defect passivation. Shortening the alkyl chain of the BTI unit and introducing fluorine atoms on the BDT moiety effectively enhances hole mobility and hydrophobicity of the HTMs, leading to improved efficiency and stability of PVSCs. As a result, the organic-inorganic hybrid PVSCs with PFBTI as the HTM deliver a power conversion efficiency (PCE) of 23.1% with enhanced long-term operational and ambient stability, which is one of the best efficiencies reported for PVSCs with dopant-free polymeric HTMs to date. Moreover, PFBTI can be applied in inorganic PVSCs and perovskite/organic tandem solar cells, achieving a high PCE of 17.4% and 22.2%, respectively. These results illustrate the great potential of PFBTI as an efficient and widely applicable HTM for cost-effective and stable PVSCs.
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