Molecular Engineering of Spiro‐OMeTAD for Durable and Efficient Perovskite Photovoltaics

材料科学 钙钛矿(结构) 部分 光伏 纳米技术 兴奋剂 能量转换效率 离解(化学) 化学工程 锂(药物) 热的 分子工程 阳极 催化作用 组合化学 氧气 磺酰 氢 离子 氢键 析氧 发电 光化学 过氧化氢
作者
Chenyang Xia,Jiakang Zhang,Jihao Zhao,Jinxian Yang,Ruotong Kang,Sirui Han,Siyu Song,He Sun,Xin Qi,Qingfu Wang,Zhongmin Zhou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.78776
摘要

ABSTRACT In n‐i‐p structured perovskite solar cells, π‐conjugated small‐molecule spiro‐methoxydiarylamine (spiro‐OMeTAD) serves as the state‐of‐the‐art hole‐transporting material, whose performance relies heavily on doping with lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) and 4‐tert‐butylpyridine (tBP). Nevertheless, the facile migration of Li + cations and the severe thermal volatilization of tBP under operational conditions inevitably degrade device longevity. To circumvent these bottlenecks, perfluorobutanesulfonamide (PFBSA) is introduced into spiro‐OMeTAD as a multifunctional additive, which enables simultaneous interactions with Li + and tBP. The Lewis‐basic sulfonyl oxygen moieties of PFBSA coordinate with Lewis‐acidic Li + to suppress ion migration; meanwhile, the amino groups of PFBSA form robust hydrogen bonds with the pyridyl moiety of tBP, restraining its thermal escape at elevated temperatures. Moreover, PFBSA facilitates the dissociation of TFSI − anions, accelerates the oxidation of spiro‐OMeTAD, and elevates film hole mobility. The liberated TFSI − further triggers the generation of spiro‐OMeTAD ·+ , realizing efficient p‐type doping. Benefiting from the multifunctional regulation of PFBSA, the devices achieve improved humidity and thermal stability, delivering a power conversion efficiency of 26.05%. This work establishes a molecular‐level synergistic strategy for spiro‐OMeTAD, offering a facile and versatile route to fabricate stable and high‐efficiency perovskite photovoltaics.
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