A Diphosphonic Acid-Based Interlayer for Highly Efficient and Stable Inverted Perovskite Solar Cells

材料科学 介电谱 能量转换效率 开路电压 电化学 电极 光电子学 物理化学 电压 化学 量子力学 物理
作者
Yuanyuan Xu,Yu Chen,Lishou Ban,Jia He,Xueping Zong,Zhe Sun,Mao Liang,Song Xue
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (43): 59536-59546 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.4c12103
摘要

We investigate an interlayer of 6,6′-bis(4-(bis(4-methoxyphenyl)amino)phenyl)-[1,1′-binaphthalene]-(2,2′-diyl)bis(oxy)bis(propane-3,1-diyl)bis(phosphonic acid) (BINOL-PA) with undoped poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA) coverage. The incorporation of the 1,10-bi-2-naphthol central core enhances π–π stacking and reduces charge recombination at the interface. Compared to PTAA alone (0.95 eV), BINOL-PA/PTAA exhibits a shorter distance from the Fermi energy (EF) to the valence-band maximum (VBM) (0.36 eV). Two phosphoric acid units in BINOL-PA fine-tune the molecular dipoles. Theoretical calculations reveal electrostatic surface potential differences between BINOL-PA and PTAA in their backbone structure. Open-circuit voltage decay (OCVD) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) results suggest suppressed interface recombination. The photovoltaic conversion efficiency (PCE), short-circuit current density (JSC), open-circuit voltage (VOC), and fill factor (FF) for the BINOL-PA/PTAA device are measured as 21.02%, 22.67 mA cm–2, 1.12 V, and 82.8%, respectively, all higher than those achieved by the PTAA device with a PCE of 18%. BINOL-PA/PTAA significantly elevates VOC and FF values compared with dopant-free PTAA alone. The champion device retains over 89% of its initial PCE after being exposed to an ambient environment without encapsulation for more than 30 days. The thermal aging test conducted under a nitrogen atmosphere demonstrates that the efficiency retention rate for BINOL-PA/PTAA displays 60% of its initial efficiency after 1500 h.
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