Self-assembled donor-acceptor hole contacts for inverted perovskite solar cells with an efficiency approaching 22%: The impact of anchoring groups

接受者 材料科学 钙钛矿(结构) 锚固 氧化铟锡 单层 分子 自组装单层膜 偶极子 能量转换效率 结晶学 纳米技术 化学工程 化学 图层(电子) 光电子学 有机化学 工程类 物理 结构工程 凝聚态物理
作者
Qiaogan Liao,Yang Wang,Zilong Zhang,Kun Yang,Yongqiang Shi,Kui Feng,Bo-Lin Li,Jiachen Huang,Peng Gao,Xugang Guo
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:68: 87-95 被引量:84
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2021.11.001
摘要

Self-assembled molecules (SAMs) have shown great potential in replacing bulk charge selective contact layers in high-performance perovskite solar cells (PSCs) due to their low material consumption and simple processing. Herein, we design and synthesize a series of donor-acceptor (D-A) type SAMs (MPA-BT-CA, MPA-BT-BA, and MPA-BT-RA, where MPA is 4-methoxy-N-(4-methoxyphenyl)-N-phenylaniline; BT is benzo[c][1,2,5]-thiadiazole; CA is 2-cyanoacrylic acid, BA is benzoic acid, RA is rhodanine-3-propionic acid) with distinct anchoring groups, which show dramatically different properties. MPA-BT-CA with CA anchoring groups exhibited stronger dipole moments and formed a homogeneous monolayer on the indium tin oxide (ITO) surface by adopting an upstanding self-assembling mode. However, the MPA-BT-RA molecules tend to aggregate severely in solid state due to the sp3 hybridization of the carbon atom on the RA group, which is not favorable for achieving a long-range ordered self-assembled layer. Consequently, benefiting from high dipole moment, as well as dense and uniform self-assembled film, the device based on MPA-BT-CA yielded a remarkable power conversion efficiency (PCE) of 21.81%. Encouragingly, an impressive PCE approaching 20% can still be obtained for the MPA-BT-CA-based PSCs as the device area is increased to 0.80 cm2. Our work sheds light on the design principles for developing hole selecting SAMs, which will pave a way for realizing highly efficient, flexible, and large-area PSCs.
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