唐卫华&陈聪AEM：多功能自组装分子实现高效宽带隙钙钛矿太阳能电池和有机太阳能电池

1前言回顾

低成本钙钛矿太阳能电池（PSCs）作为一种非常有前景的薄膜光伏技术，目前在单结器件中实现了25.7%的高PCE，甚至与商业晶体硅太阳能电池不相上下。通过相关工程化改造，可以将钙钛矿的光学带隙（Eg）从1.25 eV调节到2.3 eV，因此对于制备串联太阳能电池（TSCs）非常有吸引力，串联太阳能电池可以克服单结太阳能电池的Shockley–Queisser（S–Q）极限（33%），从而实现更高的效率。

除了PSCs，有机太阳能电池（OSCs）也是另一个研究热点，其具有低材料损耗、溶液处理和柔性基板兼容性。得益于新材料、界面改性和器件工程的发展，近年来OSCs取得了巨大突破，单结电池器件的PCE超过19%。然而，最广泛使用的空穴传输材料（HTM）即PEDOT:PSS具有一些缺点，如可能会导致电阻损失，并增强界面层中的电压降，同时它的酸性会引起ITO的腐蚀，导致In3+扩散到活性层中。PEDOT:PSS的高吸湿性也使其相对容易受到湿气和氧气的进入，并在一定程度上倾向于加速其与ITO界面的降解，这对器件稳定性不利。在这种情况下，开发一种新型合适的HTM是特别需要的，可以作为解决上述挑战的明智方法。

2文献简介

有鉴于此，近日，南京理工大学/厦门大学唐卫华教授、四川大学陈聪特聘副研究员等人开发了一种通用的基于自组装分子的HTM：BCBBr-C4PA，可与用于高性能宽带隙（WBG）PSCs的PTAA和用于OSCs的PEDOT:PSS相媲美。通过在分子设计中结合不对称共轭骨架和溴化策略，BCBBr-C4PA表现出提高的溶解度和较大的偶极矩。当其作为HTM时，表现出增强的界面电荷转移和抑制的非辐射复合损失。因此，所制备的WBG PSCs实现了18.63%的高PCE，并显著提高了操作稳定性（连续工作250小时后PCE保持率超过90%），是目前WBG PSCs的最高PCE之一（Eg>1.75 eV）。

更重要的是，在全钙钛矿串联太阳能电池中，BCBBr-C4PA仍能展示相应的优点，并在4端（4-T）器件中获得了26.24%的高PCE。此外，基于BCBBr-C4PA的体异质结OSCs在PM6:BTP-eC9体系中获得了18.84%的最高PCE，并且对于基于PM6:Y6（16.78%）和PM6:BTP-BO-4Cl（17.48%）的器件具有良好的通用性。此外，即使将器件面积增加到0.5 cm2（0.71 cm×0.71 cm），BCBBr-C4PA仍然可以实现高效率（16.33%），这表明其具有制备大型器件的兼容性。

3文献总结

综上，这项研究强调了新型自组装分子的设计重要性，可以用于应对溶液处理化大面积高效稳定太阳能电池的挑战。相关研究成果最新发表于国际顶级期刊《Advanced Energy Materials》上，题为“Versatile Self-Assembled Molecule Enables High-Efficiency Wide-Bandgap Perovskite Solar Cells and Organic Solar Cells”。

本文关键词：有机太阳能电池，钙钛矿太阳能电池，空穴传输材料，自组装单层。

转自：“有机钙钛矿光电前沿”微信公众号

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