Synergistic HT4N/Spiro-OMeTAD dual-hole-transport strategy for efficient and stable wide-bandgap perovskite solar cells

材料科学 钙钛矿(结构) 光电子学 串联 能量转换效率 电极 热的 图层(电子) 纳米技术 电压 吸收(声学) 光伏系统 氧化铟锡 光伏 极化(电化学) 硒化铜铟镓太阳电池 氧化物 稳健性(进化) 量子点 小型化
作者
Muhammad Rafiq,Jianhui Chang,Muhammad Nawaz Tahir,Qiming Lei,Zhong Zhenke,Waqas khan,Samia Osman Hamid Mohammed,Hengyue Li,Junliang Yang
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
标识
DOI:10.1088/1361-6463/ae5304
摘要

Abstract Wide-bandgap perovskite solar cells (WBG-PSCs) are indispensable top subcells in perovskite-based tandem solar cells (TSCs) targeting power conversion efficiencies (PCEs) beyond 35 %. Their performance, however, is limited by the strong thickness dependence of the absorber and the poor thermal robustness of conventional hole-transport layers (HTLs). Here, we theoretically explore the potential of 2,3-thienoimide-ended hexyl-substituted quaterthiophene (HT4N), an oligothiophene derivative, as an efficient HTL in WBG-PSCs. Compared to conventional HTLs, HT4N offers significant advantages due to its superior hole mobility and deep HOMO level, which enhance charge extraction and interface performance by improving energy-level alignment at the perovskite/HTL interface. Integrating a 40 nm HT4N interlayer with 2,2′,7,7′-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenylamino)-9,9′-spirobifluorene (Spiro-OMeTAD) in a dual-HTL configuration, combined with a 600 nm-thick perovskite absorber, achieves a champion PCE of 24.16% and an open-circuit voltage (VOC) of 1.37 V, surpassing the single-HTL device (21.69%). The HT4N layer effectively suppresses interfacial recombination, reduces parasitic absorption in Spiro-OMeTAD, and improves thermal stability, with the dual-HTL device retaining >97% of its initial PCE at 400 K, while single-HTL devices degrade to ~80%. Extending this approach to semitransparent WBG-PSCs using indium zirconium oxide (IZRO) as the transparent electrode achieves a PCE of 22.30%. These findings establish HT4N as a promising hole-transport material and demonstrate that dual-HTL engineering offers a powerful route to highly efficient, thermally robust, and tandem-compatible WBG-PSCs.
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