Synergistic Buried Interface Engineering via Bisphosphonate-Anchored Co-Self-Assembled Monolayers for High-Performance Inverted Perovskite Solar Cells

材料科学 钝化 单层 钙钛矿(结构) 锚固 光伏系统 纳米技术 能量转换效率 光电子学 卤化物 接口(物质) 工作(物理) 电极 自组装单层膜 混合太阳能电池 光伏 工作职能 化学稳定性 表面能 聚合物
作者
Long Su,Ying Chen,Ningbo Yi,Xiaosong Qiu,Tao Sheng,S. Samuel Li,Shi Chen,Bingzhe Wang,Feng Gan,Yancheng Wu,Liyong Tian,Yangfan Zhang,Guichuan Xing
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:18 (13): 19089-19100 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.6c00054
摘要

Self-assembled monolayers (SAMs) have emerged as promising materials for interface engineering in invert perovskite solar cells (PSCs). Nevertheless, conventional SAM architectures struggle to simultaneously achieve uniform molecular anchoring and effective defect passivation. To overcome this limitation, we developed a coself-assembled monolayers (Co-SAMs) strategy employing two bisphosphonate-anchored molecules: (indolo[2,3- a ]carbazole-11,12-diylbis(propane-3,1-diyl))bis(phosphonic acid) (3-BPIC) and its fluorine-substituted analogue, ((3,8-difluoroindolo[2,3- a ]carbazole-11,12-diyl)bis(propane-3,1-diyl))bis(phosphonic acid) (3-BPIC-F). This synergistic interfacial architecture overcomes the intrinsic limitations of conventional single-component SAMs by simultaneously integrating effective defect passivation with robust anchoring capability within a unified molecular framework. The bisphosphonate anchoring groups ensure robust interfacial stability through enhanced multidentate anchoring, thereby establishing a highly ordered and uniform buried interface with improved energy level alignment with the perovskite. Specifically, this collaborative arrangement enables the fluorine-substituted groups to stabilize organic cations and passivate halide vacancies, which is beneficial to the high-quality perovskite growth. As a result, the Co-SAMs-based PSCs achieve a power conversion efficiency (PCE) of 26.09%, and unencapsulated devices retain over 95% of their initial performance after 1000 h of long-term stability testing under a nitrogen atmosphere. This work demonstrates a promising Co-SAMs design strategy for developing high-efficiency and durable next-generation photovoltaics.
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