Dopant-free Pyrrolopyrrole-Based (PPr) Polymeric Hole-transporting Materials for Efficient Tin-based Perovskite Solar Cells with Stability Over 6000 h
用於高效錫基鈣鈦礦太陽能電池的無摻雜吡咯並吡咯基 (PPr) 聚合物空穴傳輸材料，穩定性超過 6000 小時
Chun-Hsiao Kuan, Rajendiran Balasaravanan, Shih-Min Hsu, Jen-Shyang Ni, Yi-Tai Tsai, Zhong-Xiang Zhang, Ming-Chou Chen*, and Eric Wei-Guang Diau*
2023/09/07
鈣鈦礦太陽能電池因為效率高成本低的特性在短短數年內快速崛起成為新能源領域的明星材料，而錫鈣鈦礦取代傳統鉛鈣鈦礦而具有無毒和環保的巨大優勢。TPSC大多基於反式結構而在高親水性材料PEDOT:PSS上的具有穩定性問題，因此本研究合成並探索了一組與硫代烷基化/烷基化聯噻吩（SBT/BT）結合的新型吡咯並吡咯基（PPr）聚合物，並探索其作為錫基鈣鈦礦太陽能電池（TPSC）的空穴傳輸材料（HTM）。另外使用帶有硫代烷基化己基(SBT-6)、硫代烷基化十四烷基(SBT-14) 和十四烷基(BT-14) 鏈的三個聯苯噻吩間隔基來評估烷基鍊長度對元件的影響。其中，TPSC採用PPr-SBT-14作為HTM，通過兩步法製造，功率轉換效率（PCE）達到7.6％，並且具有超過6000小時的顯著長期穩定性，進而實現第一個基於非PEDOT :PSS 的TPSC的高效能元件。基於PPr-SBT-14的器件在空氣（50% 相對濕度）下光照射5小時以及最大功率點（MPP）下保持穩定。高度平面的結構、強分子內S(烷基)·S(噻吩)相互作用以及SBT的擴展𝝅-共軛使得PPr-SBT-14器件的性能優於標準聚(3-己基噻吩-2,5-二基)和其他高分子器件。與其他聚合物相比，SBT-14中較長的硫代十四烷基鏈限制了分子旋轉，並強烈影響分子構象、溶解度和薄膜潤濕性。因此，本研究提出了一種有前途的無摻雜劑聚合物HTM為未來高效穩定的 TPSC 設計提供模型。
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