Perovskite‐Coupled NIR Organic Hybrid Solar Cells Achieving an 84.2% Fill Factor and a 25.2% Efficiency: A Comprehensive Mechanistic Exploration

钙钛矿(结构) 能量转换效率 飞秒 超快激光光谱学 近红外光谱 材料科学 光电子学 光活性层 光谱学 聚合物太阳能电池 化学 有机化学 光学 量子力学 物理 激光器
作者
Chieh‐Ming Hung,Chia‐Jen Chih,Kuo‐Hsiu Huang,Yung-Jing Xue,Heng‐Chi Chu,Chi‐Chun Tseng,Chunhao Li,Jiann-Yeu Chen,Bo‐Han Chen,Shang‐Da Yang,Yen‐Ju Cheng,Pi‐Tai Chou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (21): e202501375-e202501375 被引量:10
标识
DOI:10.1002/anie.202501375
摘要

The integration of organic dyes in perovskite solar cells (PSCs) to utilize near-infrared (NIR) photons remains a challenge. In this study, a selenium-incorporated ortho-benzodipyrrole-based NIR dye CB-2Se was developed. CB-2Se, featuring a lower bandgap of 1.35 eV, was blended with PCBM to form a bulk-heterojunction layer in PSCs for electron extraction and transport. Compared to Y6-16 acceptor, the removal of the Tz unit in CB-2Se suppresses self-aggregation, improving its compatibility with PCBM. A CB-2Se:PCBM-incorporated PSC achieved a remarkable power conversion efficiency (PCE) of 25.18% with a VOC of 1.164 V, a JSC of 25.71 mA/cm2, a Fill Factor of 84.15%, outperforming that of the PCBM-only reference device (24.35%) and the PCBM:Y6-16-based device (24.49%). The PCBM:CB-2Se layer enhanced the long-term stability of PSCs, retaining 88% of its initial efficiency after 1000 h under ambient air and thermal conditions. The photophysical interactions between NIR dyes and PSCs have been comprehensively investigated by using femtosecond transient absorption spectroscopy. Ultrafast exciton separation into free charges occurs within 200 femtoseconds at the interfaces between PCBM and CB-2Se. For the first time, a transfer of holes from CB-2Se back to the perovskite was detected, providing valuable insights into the charge dynamics of PSCs utilizing NIR dyes.
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